Trong khoa học vật lý, vận tốc là một khái niệm rất quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Để có thể đo lường và mô tả được chính xác vận tốc, chúng ta cần sử dụng các đơn vị đo vận tốc tương ứng. Trong bài viết dưới đây, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về các đơn vị của vận tốc cũng như cách sử dụng chúng trong các ứng dụng thực tế.
Khái quát chung về vận tốc
Vận tốc là một đại lượng vật lý dùng để mô tả tốc độ và hướng di chuyển của một vật hoặc một sự vật nào đó chuyển động trong một khoảng thời gian nhất định. Vận tốc thường được ký hiệu bằng kí hiệu v (từ tiếng Latinh “velocitas”), được đo bằng đơn vị độ dài quãng đường vật đi được chia cho đơn vị thời gian vật đi hết quãng đường đó.
Vận tốc có hai thành phần chính: độ lớn và hướng. Độ lớn của vận tốc được đo bằng giá trị tuyệt đối của véc tơ vận tốc, trong khi hướng của vận tốc được chỉ bởi hướng của véc tơ vận tốc. Ngoài ra đây cũng là một khái niệm quan trọng trong định luật vật lý, đặc biệt là định luật về vật trụ, trong đó vận tốc được sử dụng để mô tả tốc độ di chuyển của các thiên thể như hành tinh, sao và các vật thể trên bầu trời.
Đơn vị của vận tốc là gì
Là một trong những đại lượng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm vật lý, kỹ thuật, địa chất học, vũ trụ học, y học, kinh tế học, vận chuyển, thể thao và giải trí. Chính vì thế, đối với mỗi lĩnh vực chúng ta thường sử dụng một đơn vị của vận tốc nhất định để nhằm có thể giúp chúng ta tính toán chính xác được giá trị vận tốc đó.
Một số đơn vị của vận tốc được sử dụng phổ biến hiện nay như:
- m/s (mét trên giây): là đơn vị của vận tốc chuẩn trong hệ đo lường SI, biểu thị khoảng cách di chuyển một mét trong một giây. Ví dụ: một người chạy với vận tốc 10 m/s nghĩa là anh ta di chuyển được 10 mét trong một giây.
- km/h (kilomet trên giờ): Là đơn vị của vận tốc phổ biến cho vận tốc trong giao thông đường bộ, biểu thị khoảng cách di chuyển một kilômét trong một giờ. Ví dụ: tốc độ giới hạn trên đường cao tốc là 120 km/h, tức là xe di chuyển được 120 km trong một giờ.
- mph (Dặm trên giờ): đơn vị phổ biến cho vận tốc trong giao thông ở Mỹ và Anh, biểu thị khoảng cách di chuyển một dặm trong một giờ. Một dặm tương đương với khoảng cách 1,60934 km. Ví dụ: tốc độ tối đa trên đường cao tốc ở Mỹ là 70 mph, tức là xe di chuyển được 70 dặm (khoảng 113 km) trong một giờ.
- Knot (Hải lý trên giờ): đơn vị của vận tốc được sử dụng phổ biến trong hàng hải, biểu thị khoảng cách di chuyển một hải lý (1,852 km) trong một giờ. Ví dụ: tốc độ tàu đánh cá thường từ 5 đến 10 knot, tức là di chuyển được từ 9,26 km/h đến 18,52 km/h.
Các đơn vị của vận tốc có thể được chuyển đổi cho nhau bằng các công thức chuyển đổi phù hợp, tùy vào từng nhu cầu sử dụng của mỗi lĩnh vực mà chúng ta có thể chuyển đổi, tính toán giá trị của đơn vị đo vận tốc một cách chính xác nhất.
Các kiểu vận tốc thường gặp trong cuộc sống hiện nay
Các kiểu vận tốc được chúng ta sử dụng hiện nay bao gồm:
- Vận tốc đều: Là tốc độ không đổi theo thời gian, có thể được biểu diễn bằng một đại lượng vật lý cụ thể và được tính theo đơn vị của vận tốc đó là km/h hoặc m/s.
- Vận tốc biến thiên: Là tốc độ thay đổi theo thời gian, có thể là tăng hoặc giảm tùy thuộc vào điều kiện của đối tượng đang di chuyển.
- Vận tốc góc: Là đại lượng vật lý mô tả độ lớn của góc quay trong một khoảng thời gian nhất định, đơn vị của vận tốc này được đo bằng rad/s.
- Vận tốc đối tượng: Là tốc độ di chuyển của một đối tượng trong không gian, được tính bằng độ lớn của vector vận tốc.
- Vận tốc dòng chảy: Là tốc độ của chất lỏng hoặc khí khi chúng được đẩy qua một khu vực hẹp hơn, được đo bằng đơn vị của vận tốc m/s hoặc ft/s.
- Vận tốc âm thanh: Là tốc độ của sóng âm thanh khi chúng đi qua một chất khí, được đo bằng m/s hoặc ft/s.
- Vận tốc ánh sáng: Là tốc độ của ánh sáng khi chúng di chuyển qua không gian, đơn vị của vận tốc ánh sáng được đo bằng m/s hoặc ft/s.
Tuy nhiên, trong cuộc sống hiện nay chúng ta thường bắt gặp 3 dạng vận tốc chính và được áp dụng phổ biến đó là vận tốc trung bình, vận tốc tức thời và vận tốc vector
Vân tốc tức thời
Vận tốc tức thời (instantaneous velocity) là vận tốc của một vật tại một thời điểm cụ thể. Nó được tính bằng giới hạn của tỉ số giữa khoảng cách di chuyển của vật và khoảng thời gian di chuyển đó, khi khoảng thời gian đó tiến tới gần với 0. Đơn vị của vận tốc tức thời được đo bằng mét trên giây ( m/s).
Ví dụ: Đối với 1 dòng van điều khiển điện tuyến tính thì khi cánh van hoạt động với tốc độ biến đổi theo thời gian, khi đó vận tốc tức thời sẽ là vận tốc của cánh van 1 thời điểm cụ thể trong quá trình chuyển động. Vận tốc này có thể được xác định bằng cách tính toán thông qua các góc đóng mở của van theo thời gian tại thời điểm đó.
Vận tốc trung bình
Vận tốc trung bình là một khái niệm trong vật lý và toán học, dùng để mô tả tốc độ chuyển động trung bình của một vật trong một khoảng thời gian nhất định. Nó được tính bằng tổng quãng đường mà vật đi được chia cho thời gian di chuyển và được biểu diễn bằng đơn vị đo độ dài chia cho đơn vị đo thời gian, đơn vị của vận tốc tức thời được tính bằng m/s, km/h,….
Vận tốc trung bình có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như vật lý, kinh tế, thể thao và các ngành công nghiệp lớn nhỏ trên thị trường.
Ví dụ: Đối với một dòng van công nghiệp bất kỳ, vận tốc trung bình của cánh van sẽ quyết định đến quá trình hoạt động của cả hệ thống. Chính vì thế, đối với những hệ thống cần yêu cầu về tốc độ đóng mở nhanh của cánh van thì hiện nay chúng ta có thể lựa chọn các dòng van điều khiển bằng khí nén, với tốc độ đóng mở chỉ mất khoảng 1 - 3s có thể đáp ứng được với yêu cầu về mức độ đòng mở nhanh đó.
Vận tốc vector
Vận tốc vector là một khái niệm trong vật lý mô tả vận tốc của một vật di chuyển trong không gian ba chiều. Nó được biểu diễn bằng một vector có độ lớn và hướng. Độ lớn của vector vận tốc tại một thời điểm xác định tốc độ của vật tại thời điểm đó, còn hướng của vector vận tốc xác định hướng di chuyển của vật. Đơn vị của vận tốc vector được tính theo km/h hoặc m/s.
Để tính toán vận tốc vector, ta cần biết vị trí ban đầu và vị trí hiện tại của vật trong không gian ba chiều, cùng với thời gian di chuyển giữa hai vị trí này. Sau đó, ta tính khoảng cách giữa hai vị trí này và chia cho thời gian di chuyển để tính được tốc độ. Cuối cùng, ta sử dụng vector để biểu diễn tốc độ này, với độ lớn bằng tốc độ và hướng trùng với hướng di chuyển của vật.
Vận tốc được tính theo công thức nào
Là một đại lượng đang được sử dụng phổ biến và ưa chuộng trong cuộc sống hiện nay. Tuy nhiên, để có một con số chính xác nhằm phục vụ tối đa trong quá tình hoạt động và làm việc của mỗi con người chúng ta thì trước hết chúng ta cần phải nên tính toán vận tốc thật kỹ lưỡng.
Vận tốc được tính theo công thức sau:
v = s / t
Trong đó:
- v là vận tốc của vật được tính theo đơn vị của vận tốc m/s ( mét trên giây )
- s là quãng đường vật đi được, tính theo đơn vị m ( mét )
- t là thời gian vật đi được trên 1 quãng đường nhất định, được tính bằng s ( giây )
Tuy nhiên, trong một số trường hợp chúng ta thường gặp các vận tốc khác như vận tốc tức thời, vận tốc trung bình hay vận tốc vector thì chúng ta tính toán những giá trị vận tốc đó như thế nào, và đơn vị của vận tốc được đo bằng những đơn vị nào. Cùng mình theo dõi qua các công thức tính vận tốc cũng như xác định đơn vị của vận tốc ngay sau đây.
Công thức tính vận tốc tức thời
Vận tốc tức thời là vận tốc của một vật tại một thời điểm cụ thể được tính theo công thức:
v = v0 + a(t - t0)
Trong đó:
- v là vận tốc tức thời có đơn vị của vận tốc được đo bằng (m/s)
- v0 là vận tốc ban đầu (m/s)
- a là gia tốc (m/s^2)
- t là thời điểm hiện tại (s)
- t0 là thời điểm ban đầu (s)
Công thức này giúp tính toán được vận tốc của vật chuyển động tại một thời điểm bất kỳ, khi biết được vận tốc ban đầu, gia tốc và thời gian diễn ra chuyển động.
Nếu vận tốc ban đầu là 0, công thức trên sẽ trở thành:
v = at
Đây là công thức tính vận tốc tức thời trong trường hợp vật chuyển động từ đứng yên bắt đầu với gia tốc a.
Ngoài ra, nếu biết được quãng đường di chuyển của vật, ta có thể sử dụng công thức:
v^2 = v0^2 + 2aΔx
Trong đó:
- v là vận tốc tức thời có đơn vị của vận tốc là mét trên giây (m/s)
- v0 là vận tốc ban đầu (m/s)
- a là gia tốc (m/s^2)
- Δx là quãng đường di chuyển (m)
Công thức này cho phép tính vận tốc của vật tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình di chuyển, khi biết được vận tốc ban đầu, gia tốc và quãng đường di chuyển.
Công thức tính vận tốc trung bình
Công thức tính vận tốc trung bình là:
v = Δr / Δt
Trong đó:
- v là vận tốc trung bình (đơn vị đo bằng đơn vị của vận tốc là m/s hoặc km/h)
- Δr là khoảng cách hoặc quãng đường di chuyển (đơn vị đo là mét hoặc kilômét)
- Δt là thời gian di chuyển (đơn vị đo là giây)
Δr = r - r0
Trong đó:
- r là vị trí cuối của vật khi đi hết quãng đường
- r0 là vị trí đầu của vật khi chưa di chuyển
Δt = t - t0
Trong đó:
- t là thời điểm vật di chuyển hết quãng đường đó
- t0 là thời điểm ban đầu khi vật chưa di chuyển
Công thức này cho phép tính được vận tốc trung bình của một vật di chuyển trong một khoảng thời gian nhất định. Đây là công thức cơ bản để tính toán vận tốc trong nhiều lĩnh vực, từ địa chất học đến vật lý, kỹ thuật và giao thông vận tải. Việc sử dụng đơn vị của vận tốc này giúp cho việc tính toán của chúng ta trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn.
Công thức tính vận tốc vector
Công thức tính vận tốc vector được tính bằng công thức:
v = Δr/Δt
Trong đó:
- v: vận tốc vector, có đơn vị của vận tốc là m/s hoặc km/h
- Δr: vector vị trí, đơn vị là mét hoặc kilômét
- Δt: khoảng thời gian di chuyển giữa hai vị trí, đơn vị là giây
Để tính được Δr, ta có thể sử dụng công thức:
Δr = r2 - r1
Trong đó:
- r1: vector vị trí ban đầu, đơn vị là mét hoặc kilômét
- r2: vector vị trí cuối, đơn vị là mét hoặc kilomet
Khi tính toán vận tốc vector, cần lưu ý rằng đó là một vector, do đó nó có cả hướng và độ lớn. Hướng của vận tốc vector được xác định bởi hướng của Δr, còn độ lớn được tính bằng tổng độ dài của Δr chia cho thời gian di chuyển. Để có một đơn vị của vận tốc chính xác thì chúng ta nên chú về từng đơn vị sử dụng của từng giá trị liên quan đến quá trình tính toán vận tốc vector.
Công thức tính cộng vận tốc
Công thức tính cộng vận tốc giữa hai vật A và B trong không gian là:
vAB = vA + vB
Trong đó:
- vAB là vận tốc tương đối giữa vật A và vật B có đơn vị của vận tốc được đo bằng km/h hoặc m/s
- vA là vận tốc của vật A
- vB là vận tốc của vật B
Công thức này có nghĩa là vận tốc tương đối của hai vật bằng tổng vận tốc tương đối của chúng. Cụ thể, nếu vật A di chuyển với vận tốc vA và vật B di chuyển với vận tốc vB, thì vận tốc tương đối giữa chúng (vAB) sẽ bằng tổng vận tốc của hai vật (vA + vB).
Công thức tính cộng vận tốc cũng áp dụng được trong trường hợp vật A và vật B di chuyển ở cùng một hướng, hoặc ở các hướng khác nhau. Tuy nhiên, khi hai vật di chuyển ở các hướng khác nhau, ta cần phải sử dụng định luật Cosin để tính toán độ lớn và hướng của vận tốc tương đối giữa chúng.
Đặc biệt đối với công thức cộng vận tốc thì đơn vị của vận tốc giữa vật A với vật B phải cùng một đơn vị của vận tốc nhất định. Chẳng hạn như đơn vị của vận tốc giữa vật A đang là km/h mà đơn vị vận tốc của vật B đang là m/s thì chúng ta cần nên tiến hành chuyển đổi 2 đơn vị của vận tốc này về cùng một đơn vị nhất định trước khi tiến hành tính toán.
Một số câu hỏi thường gặp liên quan đến vận tốc
Khi nhắc đến vận tốc, hiện nay vẫn đang còn rất nhiều người thắc mắc về loại đại lượng này chẳng hạn như liệu vận tốc có thể mang giá trị âm được hay không? hay là tốc độ vận tốc có phải cùng nói đến một vấn đề nào hay không? Để giúp các bạn có thể giải đáp được những thắc mắc này, hiện nay chúng tôi đã đưa ra một số câu trả lời như sau:
Vận tốc có thể mang giá trị âm được hay không
Có, vận tốc có thể có giá trị âm. Vận tốc được xác định bằng độ dịch chuyển của vật chia cho thời gian di chuyển, do đó nếu vật di chuyển ngược lại so với hướng xác định, vận tốc của nó sẽ có giá trị âm. Ví dụ, nếu một vật di chuyển về phía ngược lại với hướng dương của trục tọa độ, thì vận tốc của nó sẽ có giá trị âm.
Tuy nhiên, đối với giá trị vận tốc của một vận có thể mang giá trị âm hay giá trị dương thì đều có chung một đơn vị của vận tốc, tùy thuộc vào từng khu vực và từng hệ thống làm việc chúng ta sử dụng đơn vị đo vận tốc hợp lý.
Tốc độ và vận tốc khác nhau ở điểm nào
Tốc độ và vận tốc là hai khái niệm khác nhau. Tốc độ thường được sử dụng để chỉ mức độ thay đổi vị trí của một đối tượng trong một khoảng thời gian cụ thể, được tính bằng đơn vị độ dài trên đơn vị thời gian. Trong khi đó, vận tốc thường được sử dụng để chỉ hướng và độ lớn của tốc độ của một đối tượng, bao gồm cả tốc độ và hướng di chuyển, được tính bằng đơn vị độ dài trên đơn vị thời gian và có thể được biểu diễn dưới dạng vector.
Tuy nhiên, ở nhiều tình huống, hai khái niệm này có thể được sử dụng thay thế cho nhau. Ví dụ, khi chỉ một đối tượng di chuyển với tốc độ không đổi và theo đường thẳng, ta có thể nói rằng vận tốc của đối tượng đó cũng không đổi. Tuy nhiên, khi đối tượng di chuyển theo đường cong hoặc có thay đổi hướng, thì vận tốc của đối tượng sẽ thay đổi và không còn giống với tốc độ nữa.
Đối với tốc độ chúng ta thường sử dụng đơn vị để đo tốc độ cùng với đơn vị của vận tốc, tùy vào từng mục đích sử dụng mà chúng ta lựa chọn đơn vị của vận tốc như m/s hoặc km/h.
Vận tốc tức thời và vận tốc trung bình có gì khác nhau
Vận tốc tức thời và vận tốc trung bình là hai khái niệm khác nhau trong định lý về vận tốc. Có một số điểm khác nhau giữa chúng, bao gồm:
- Định nghĩa: Vận tốc tức thời là tốc độ của một vật tại một thời điểm cụ thể trong quá trình di chuyển, trong khi đó vận tốc trung bình là tổng quãng đường di chuyển chia cho tổng thời gian di chuyển.
- Biểu diễn: Vận tốc tức thời được biểu diễn bằng một giá trị v với đơn vị là một đơn vị của vận tốc như m/s, km/h, ft/s, vv. Trong khi đó, vận tốc trung bình được biểu diễn bằng một giá trị với cùng đơn vị của vận tốc nhưng được chú thích bởi chữ cái trung bình trên đầu.
- Thời gian tính toán: Vận tốc tức thời được tính toán tại một thời điểm cụ thể trong quá trình di chuyển. Trong khi đó, vận tốc trung bình được tính toán cho toàn bộ quãng đường di chuyển và thời gian di chuyển.
- Ý nghĩa: Vận tốc tức thời cho biết tốc độ của một vật tại một thời điểm cụ thể, trong khi vận tốc trung bình cho biết tốc độ trung bình của vật trong quá trình di chuyển.
Nói chung là, hai khái niệm vận tốc tức thời và vận tốc trung bình là khác nhau về cách tính toán và ý nghĩa, và được sử dụng tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng. Tuy nhiên, giữa 2 đại lượng này đều được sử dụng đơn vị của vận tốc chung đó là m/s, km/h.
Qua bài viết trên đây chúng tôi hy vọng rằng sẽ giúp các bạn có thể hiểu sâu hơn về đơn vị của vận tốc là gì? và vận tốc được tính theo những công thức nào. Qua đó chúng ta cần nắm vững kiến thức về vận tốc và cách tính toán nó là rất cần thiết để hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý xảy ra xung quanh ta.
Cảm ơn quý vị và các bạn đã quan tâm đến bài viết của chúng tôi.
Admin
