📘 Động học chất điểm
Chuyển động thẳng đều & biến đổi đều

Vật Lý 10 – Bài học tự học • GV soạn: Nguyễn Văn Lý

1. Chuyển động thẳng đều

Định nghĩa: Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và vận tốc tức thời không đổi theo thời gian. Vật đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì.

📌 Phương trình chuyển động thẳng đều:

\(x = x_0 + v \cdot t\)

Trong đó: \(x_0\) là tọa độ ban đầu (tại \(t=0\)), \(v\) là vận tốc không đổi (m/s hoặc km/h), \(t\) là thời gian chuyển động.

🧪 Ví dụ 1 – Chuyển động thẳng đều

Một xe máy chạy trên đường thẳng với vận tốc 15 m/s. Lúc 8h sáng xe qua điểm A có tọa độ \(x_0 = 10\) m (chọn chiều dương là chiều chuyển động). Hãy viết phương trình chuyển động và tìm tọa độ xe lúc 8h05.

Giải: Chọn gốc thời gian lúc 8h00. \(x_0 = 10\) m, \(v = 15\) m/s.
Phương trình: \(x = 10 + 15t\) (m).
Lúc 8h05 tức \(t = 5\) phút = 300 s → \(x = 10 + 15 \cdot 300 = 4510\) m.

→ Vật đi thẳng đều, sau 5 phút cách điểm A 4510 m.

Đặc điểm đồ thị

Đồ thị tọa độ – thời gian là đường thẳng xiên góc (hệ số góc bằng vận tốc). Đồ thị vận tốc – thời gian là đường thẳng song song với trục thời gian.

2. Chuyển động thẳng biến đổi đều

Định nghĩa: Là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và vận tốc tức thời thay đổi đều theo thời gian (gia tốc không đổi). Gồm nhanh dần đều và chậm dần đều.

🔹 Các công thức cơ bản (chọn chiều dương là chiều chuyển động):

Gia tốc: \(a = \dfrac{v - v_0}{t}\) (m/s²) – không đổi.
Vận tốc tức thời: \(v = v_0 + a t\).
Phương trình chuyển động: \(x = x_0 + v_0 t + \dfrac{1}{2} a t^2\).
Công thức độc lập thời gian: \(v^2 - v_0^2 = 2 a \Delta x\) (với \(\Delta x = x - x_0\)).

🧪 Ví dụ 2 – Chuyển động thẳng nhanh dần đều

Một ô tô bắt đầu rời bến với gia tốc 0,5 m/s². Tính vận tốc của ô tô sau 20 giây và quãng đường đi được trong thời gian đó.

Giải: \(v_0 = 0\), \(a = 0,5\) m/s², \(t = 20\) s.
Vận tốc: \(v = v_0 + a t = 0 + 0,5 \cdot 20 = 10\) m/s.
Quãng đường: \(s = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2 = 0 + \frac{1}{2} \cdot 0,5 \cdot 20^2 = 100\) m.

→ Sau 20s xe đạt 10 m/s (36 km/h) và đi được 100 m.

🧪 Ví dụ 3 – Chuyển động thẳng chậm dần đều

Một đoàn tàu đang chạy với vận tốc 72 km/h (20 m/s) thì hãm phanh, chuyển động chậm dần đều với gia tốc 0,2 m/s². Sau bao lâu tàu dừng lại và đi được quãng đường bao nhiêu?

Giải: \(v_0 = 20\) m/s, \(a = -0,2\) m/s² (vì chậm dần). Khi dừng \(v=0\).
\(t = \dfrac{v - v_0}{a} = \dfrac{0 - 20}{-0,2} = 100\) s.
Quãng đường: \(s = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2 = 20\cdot100 + \frac{1}{2}(-0,2)\cdot100^2 = 2000 - 1000 = 1000\) m.

→ Tàu dừng sau 100 s (1 phút 40 s) và đi thêm 1 km.

Bảng so sánh nhanh

Thẳng đều: \(a = 0\), vận tốc không đổi, \(x = x_0 + vt\).
Thẳng biến đổi đều: \(a \neq 0\) và không đổi, vận tốc thay đổi tuyến tính.

📝 Câu hỏi củng cố (tự luận – tự kiểm tra)

Phân biệt chuyển động thẳng đều và chuyển động thẳng biến đổi đều về vận tốc và gia tốc. Cho ví dụ mỗi loại.
Một xe đạp chuyển động thẳng đều với vận tốc 5 m/s. Viết phương trình chuyển động, biết lúc đầu xe ở gốc tọa độ và chuyển động theo chiều dương. Tính quãng đường đi được sau 2 phút.
Một viên bi lăn trên máng nghiêng với gia tốc 0,4 m/s², không vận tốc đầu. Tính vận tốc của bi sau 3 giây và quãng đường đi được trong giây thứ 3.
Khi ô tô đang chạy 54 km/h (15 m/s) thì tài xế thấy chướng ngại vật và hãm phanh, xe chuyển động chậm dần đều với gia tốc 2 m/s². Hỏi xe dừng lại cách chướng ngại vật tối thiểu bao nhiêu mét nếu tài xế phản ứng ngay?
Một chất điểm chuyển động thẳng có phương trình \(x = 2t^2 - 4t + 6\) (m, s). Xác định gia tốc, vận tốc ban đầu và tính vận tốc tại thời điểm \(t = 2\) s. Chuyển động là nhanh dần hay chậm dần?