SGK Vật Lí 10 - Bài 6. Tính tương đối của chuyển động. Công thức cộng vận tốc

Hình 6.1
HI Người ngồi trên xe sẽ thấy đầu van chuyển động theo quỹ đạo như thế nào quanh trục bánh xe ?
Gá Nêu một ví dụ khác về tính tương đối của vận tốc.
Tính tương đối của
CHUYỂN ĐỘNG
Công thức cộng vận tốc
Một diễn viên xiếc đứng trên lưng một con ngựa đang phi, tay quay tít một cái gậy, ớ hai đầu có hai ngọn đuốc. Đối với diễn viên đó thì hai ngọn đuốc chuyến động tròn. Còn đối với khán giá thì sao ?
- TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG
Tính tuong đối của quỹ đạo
Một người ngồi trên xe đạp và một người đứng bên đường cùng quan sát chuyển động của cái đầu van bánh trước xe đạp đang chạy. Người đứng bên đường thấy chiếc đầu van chuyển động theo một đường cong lúc lên cao, lúc xuống thấp (Hình 6.1). HI
Hình dạng quỹ đạo của chuyển động trong các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau - quỹ đạo có tính tương đối.
Tính tuong đối của vận tốc
Một hành khách đang ngồi yên trong một toa tàu chuyển động với vận tốc 40 km/h. Đối với toa tàu thì vận tốc của người, đó bằng không (người ấy ngồi yên). Đối với người đứng dưới đường thì hành khách đó đang chuyển động với vận tốc 40 km/h cùng với toa tàu. Ga
Như vậy, vận tốc của vật chuyển động đối với các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau. Vận tốc có tính tương đối.
- CÔNG THỨC CỘNG VẬN Tốc
a)	c
X
y’
X'
0'
b)
Hình 6.2
+
ý#,
Hình 6.3
Ví dụ : nếu I>nb = 2km/h,
I>tb = 30 km / h thì utn = 28 km / h.
Hệ quy chiếu đúng yên và hệ quy chiếu chuyển động
Một chiếc thuyền đang chạy trên một dòng sông. Ta sẽ xét chuyển động của thuyền trong hai hệ quy chiếu :
Hệ quy chiếu (xơy) gắn với bờ coi như hệ quy chiếu đứng yên (Hình 6.2a).
Hệ quy chiếu ú’ơ’y’) gắn với một vật trôi theo dòng nước là hệ quy chiếu chuyển động (Hình 6.2b).
Công thúc cộng vận tốc
Trường hợp các vận tốc cùng phương cùng chiều
Thuyền chạy xuôi dòng nước.
Gọi ítb là vận tốc của thuyền đối với bờ, tức là đối với hệ quy chiếu đứng yên. Vận tốc này gọi là vận tốc tuyệt đối.
Gọi Ưtn là vận tốc của thuyền đối với nước, tức là đối với hệ quy chiếu chuyển động. Vận tốc này gọi là vận tốc tương đối.
Gọi ưnb là vận tốc của nước đối với bờ. Đó là vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động so với hệ quy chiếu đứng yên. Vận tốc này gọi là vậ« tốc kéo theo.
Dễ dàng thấy rằng : ưtb = ?tn + ^nbíHình 6.3).
Hệ thức này có thể viết dưới dạng :
^1,3 = ^1,2 + ^2,3	(6.1)
Trong đó : số 1 ứng với vật chuyển động ; số 2 ứng với hệ quy chiếu chuyển động ; số 3 ứng với hệ quy chiếu đứng yên.
Trường hợp vận tốc tương đối cùng phương, ngược chiều với vận tốc kéo theo
Thuyền chạy ngược dòng nước. Vectơ vận tốc tương đối ưtn sẽ cùng phương, ngược chiều với vectơ vận tốc kéo theo Pnb (Hình 6.4).
Về độ lớn, rõ ràng là vận tốc của thuyền đối với nước phải trừ đi vận tốc chảy của dòng nước mới thành vận tốc của thuyền đối với bờ :
l3 Quỹ đạo và vận tốc cùa cùng một vật chuyển động đối với các hệ quy chiếu khác
 nhau thì khác nhau.
Cõng thúc cộng vận tốc: Vecto vận tốc tuyệt đối bằng tổng vecto cùa vận tốc tương . đối và vận ,tốc kéo theo : ữ, 3 = ữ, 2 + v2 3.
Vận tốc tuyệt đối là vận tóc cùa vật đối với hệ quy chiếu đúng yên ; vận tốc tương gg đối là vận tốc cùa vật đối với hệ quy chiếu chuyển động ; vận tốc kéo theo là vận ■H tốc của hệ quy chiếu chuyển động đói với hệ quy chiếu đúng yên.
’tbl - lytnl - iynbl
Tuy nhiên, dưới dạng vectơ, ta vẫn phải viết:
”tb = ”tn + ?nb
(Ptb là tổng của hai vectơ cùng phương, ngược chiều) 03
'ób	vnb
Hình 6.4
00 Một con thuyền chạy ngược dòng nước đi được 20 km trong
giờ ; nước chảy với vận tốc
km/h. Tính vận tốc của thuyền đối vối nước.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
3.
Nêu một ví dụ về tính tương đối của quỹ đạo của chuyển động,
Nêu một ví dụ về tính tương đối của vận tốc của chuyển động.
Trình bày công thức cộng vận tốc trong trường hợp các chuyển động cùng phương, cùng chiểu (cùng phương và ngược chiểu).
Chọn câu khẳng định đúng. Đứng ở Trái Đất. ta sẽ thấy
Như vậy công thức (6.1) có tính tổng quát. Đó là công thức cộng vận tốc. Vecto’ vận tốc tuyệt đối bằng tổng vectơcủa vận tốc tương đối và vận tốc. kéo theo.
Mặt Trời đứng yên, Trái Đất quay quanh Mặt Trời, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.
Mặt Trời và Trái Đất đứng yên, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.
c. Mặt Trời đứng yên, Trái Đất và Mặt Trăng quay quanh Mặt Trời.
D. Trái Đất đứng yên, Mặt Trời và Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.
Một chiếc thuyền buồm chạy ngược dòng sông, sau 1 giờ đi được 10 km. Một khúc gỗ trôi theo dòng sông, sau 1 phút trôi được
m. Vận tốc của thuyền buồm so với nước bằng bao nhiêu ?
A. 8 km/h.	B. 10 km/h.
c. 12 km/h.	D. Một đáp số khác.
Một hành khách ngồi trong toa tàu H, nhìn qua cửa sổ thấy toa tàu N bên cạnh và gạch lát sân ga đểu chuyển động như nhau. Hỏi toa tàu nào chạy ?
Tàu H đứng yên, tàu N chạy.
Tàu H chạy, táu N đứng yên. c. Cả hai tàu đểu chạy.
D. Các câu A, B, c đều không đúng.
Một ô tô A chạy đều trên một đường thẳng với vận tốc 40 km/h. Một ô tô 6 đuổi theo ô tô A với vận tốc 60 km/h. Xác định vận tốc của ô tô B đối với ô tô A và của ô tô A đối với ô tô B.
A ngồi trên một toa tàu chuyển động với vận tốc 15 km/h đang rời ga. B ngồi trên một toa tàu khác chuyển động với vận tốc 10 km/h đang đi ngược chiểu vào ga. Hại đường tàu song song với nhau. Tính vận tốc của B đối với A.
VẬN TỐC ẲNH SÁNG
Một ô tô đang chạy với vận tốc V thì bật đèn pha (Hình 6.5). Đối với người lái xe, ánh sáng truyền đi với vận tốc c(c= 3.1 o8 m/s). Đối với người đứng bên lề đường thì có lê ánh sáng sẽ có vận tốc c + V.
Không đâu. Căn cứ vào các thí nghiệm rất chính xác mà nhiều nhà bác học lỗi lạc đã tiến hành vào cuối thế kỉ XIX để nghiên cứu sự truyền ánh sáng trong các môi trường, Anh-xtanh (Einstein) đã đi đến kết luận là, vận tốc ánh sáng đối với mọi hệ quy chiếu khác nhau là như nhau và đều bằng c.
Hình 6.5
Công thức cộng vận tốc mà ta học ớ đây không đúng cho trường hợp các vật chuyển .động với vận tốc rất lớn (so sánh được với vận tốc ánh sáng). Các em sẽ biết rõ điều này trong Thuyết tương đối của Anh-xtanh (1905).