Tốc độ chuyển động và đồ thị quãng đường – thời gian – KHTN 7

1. Tốc độ là gì?

Tốc độ cho biết mức độ nhanh hay chậm của chuyển động, được xác định bằng quãng đường vật đi được trong một đơn vị thời gian.

Công thức: $v = \dfrac{s}{t}$, suy ra $s = v \cdot t$ và $t = \dfrac{s}{v}$.

Trong đó $s$ là quãng đường, $t$ là thời gian đi hết quãng đường đó, $v$ là tốc độ.

Đơn vị: trong hệ SI là m/s; thường dùng thêm km/h. Đổi: $1$ m/s $= 3{,}6$ km/h; $\;1$ km/h $= \dfrac{1}{3{,}6}$ m/s.

Ví dụ 1. Bạn An đạp xe được $3$ km trong $12$ phút. Tính tốc độ của An theo km/h và m/s.

Lời giải. $t = 12$ phút $= 0{,}2$ h. $v = \dfrac{3}{0{,}2} = 15$ km/h $= \dfrac{15}{3{,}6} \approx 4{,}17$ m/s.

Ví dụ 2. Một ô tô chạy với tốc độ $54$ km/h trong $40$ phút. Tính quãng đường ô tô đi được.

Lời giải. $t = 40$ phút $= \dfrac{2}{3}$ h. $s = v \cdot t = 54 \cdot \dfrac{2}{3} = 36$ (km).

2. Tốc độ trung bình

Khi tốc độ thay đổi trên đường đi, ta dùng tốc độ trung bình: $v_{tb} = \dfrac{s_1 + s_2 + \ldots}{t_1 + t_2 + \ldots}$ (tổng quãng đường chia tổng thời gian).

Ví dụ 3. Một người đi $6$ km đầu hết $0{,}5$ h, $9$ km tiếp theo hết $0{,}25$ h. Tốc độ trung bình trên cả quãng đường là $v_{tb} = \dfrac{6 + 9}{0{,}5 + 0{,}25} = \dfrac{15}{0{,}75} = 20$ km/h. Lưu ý: kết quả không bằng trung bình cộng của hai tốc độ $12$ km/h và $36$ km/h (bằng $24$ km/h).

3. Đo tốc độ

Để đo tốc độ cần đo quãng đường $s$ (bằng thước) và thời gian $t$ (bằng đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ đo thời gian hiện số kèm cổng quang điện), sau đó tính $v = \dfrac{s}{t}$. Trên đường giao thông, cảnh sát dùng thiết bị “bắn tốc độ” để kiểm tra tốc độ của xe.

4. Đồ thị quãng đường – thời gian

Đồ thị có trục hoành là thời gian $t$, trục tung là quãng đường $s$. Với chuyển động có tốc độ không đổi, đồ thị là một đoạn thẳng xiên; đoạn càng dốc thì tốc độ càng lớn. Đoạn nằm ngang nghĩa là vật đứng yên (quãng đường không tăng).

Thời gian (h)	0	1	2	3
Quãng đường (km)	0	40	40	100

Đọc bảng: giờ thứ nhất xe đi $40$ km/h; giờ thứ hai xe dừng nghỉ; giờ thứ ba xe đi $60$ km/h. Tốc độ trung bình cả $3$ giờ là $\dfrac{100}{3} \approx 33{,}3$ km/h.

5. Tốc độ và an toàn giao thông

Tốc độ càng lớn thì quãng đường xe đi thêm sau khi người lái phát hiện nguy hiểm càng dài, va chạm càng nghiêm trọng. Vì vậy luật giao thông quy định tốc độ tối đa trên từng loại đường và khoảng cách an toàn tối thiểu giữa các xe; tốc độ càng cao thì khoảng cách an toàn càng phải lớn.

6. Lưu ý – sai lầm thường gặp

Không đổi đơn vị trước khi tính (ví dụ để $t$ theo phút nhưng muốn kết quả theo km/h).
Tính tốc độ trung bình bằng trung bình cộng các tốc độ.
Nhầm phép đổi: muốn đổi m/s sang km/h thì nhân với $3{,}6$, đổi km/h sang m/s thì chia cho $3{,}6$.

7. Tự kiểm tra

Đổi $72$ km/h sang m/s. (Đáp số: $20$ m/s.)
Một người chạy $400$ m hết $80$ s. Tính tốc độ. (Đáp số: $5$ m/s $= 18$ km/h.)
Đi quãng đường $45$ km với tốc độ $30$ km/h hết bao lâu? (Đáp số: $1{,}5$ h.)