Giải SGK Vật lí 10 (Chân trời sáng tạo) Bài 5: Chuyển động tổng hợp

Giải Vật lí 10 Bài 5: Chuyển động tổng hợp

Mở đầu trang 32 Vật Lí 10: Bạn C đứng yên trên sân ga vẫy tay tiễn bạn A và bạn B trên tàu hỏa. Khi tàu chuyển động, bạn C thấy bạn B đang chuyển động ra xa trong khi bạn A lại thấy bạn B đứng yên trên tàu. (Hình 5.1). Tại sao?

Lời giải:

- Bạn C thấy bạn B đang chuyển động do bạn C đứng yên trên mặt đất còn bạn B chuyển động cùng với tàu.

- Bạn A thấy bạn B đứng yên vì cả hai bạn đều cùng chuyển động với tàu với cùng vận tốc giống nhau.

Từ đó ta thấy mỗi hệ quy chiếu khác nhau (trong ví dụ này là vật làm mốc khác nhau) sẽ xác định được tính chất đứng yên – chuyển động tương đối khác nhau.

1. Độ dịch chuyển tổng hợp – vận tốc tổng hợp

Câu hỏi 1 trang 32 Vật Lí 10: Quan sát hình 5.2, mô tả chuyển động của:

a) Bé trai (Hình 5.2a) đối với mẹ trên thang cuộn và đối với bố cùng em gái đứng yên trên mặt đất.

b) Thuyền giấy (Hình 5.2b) đối với nước và đối với người quan sát đứng yên trên mặt đất.

Lời giải:

a, Nếu lấy mốc là bé trai đang trên thang cuộn thì bố và em gái được xem là chuyển động, mẹ được xem là đứng yên so với bé trai.

b, Nếu lấy thuyền giấy làm mốc thì người quan sát đứng yên trên mặt đất được xem là đang chuyển động còn nước được xem như đứng yên so với thuyền.

Câu hỏi 2 trang 33 Vật Lí 10: Em hãy đưa ra dự đoán để so sánh thời gian chuyển động của thuyền khi chạy xuôi dòng và khi chạy ngược dòng giữa hai vị trí cố định trên bờ sông (Hình 5.4).

Lời giải:

- Khi thuyền xuôi dòng thì $v_{13}=v_{12}+v_{23}$ nên $t_x=\frac{s}{v_{12}+v_{23}}$

- Khi thuyền ngược dòng thì: $v{\text{'}}_{13}=\left|v_{12}-v_{23}\right|$ nên $t_{ng}=\frac{s}{\left|v_{12}-v_{23}\right|}$

Vậy thời gian chuyển động giữa hai điểm cố định trên mặt nước khi thuyền chạy ngược dòng sẽ lớn hơn so với thời gian khi thuyền chạy xuôi dòng.

Luyện tập trang 34 Vật Lí 10: Trên đường đi học, một bạn phát hiện để quên tài liệu học tập ở nhà. Vì vậy, bạn đó đã gọi điện thoại nhờ anh trai của mình mang đến giúp. Giả sử hai người cùng chuyển động thẳng đều. Áp dụng công thức vận tốc tổng hợp, hãy giải thích trong trường hợp nào dưới đây bạn đó sẽ nhận được tài liệu nhanh hơn.

a) Anh trai chạy đuổi theo bạn đó với vận tốc ${\overrightarrow{v}}_{13}$ trong khi bạn đó tiếp tục chạy cùng chiều với vận tốc ${\overrightarrow{v}}_{23}$ (v₁₃ > v₂₃).

b) Anh trai chạy đến chỗ bạn đó với vận tốc ${\overrightarrow{v}}_{13}$ trong khi bạn đó chạy ngược lại với vận tốc ${\overrightarrow{v}}_{23}$

Lời giải:

Công thức vận tốc tổng hợp:

$$\begin{gathered} \overrightarrow{v_{13}}=\overrightarrow{v_{12}}+\overrightarrow{v_{23}} \\ \Rightarrow \overrightarrow{v_{12}}=\overrightarrow{v_{13}}-\overrightarrow{v_{23}} \end{gathered}$$

a. Khi hai anh em chạy cùng chiều thì: 

$$\begin{gathered} v_{12}=v_{13}-v_{23} \\ \Rightarrow t_1=\frac{s}{v_{13}-v_{23}} \end{gathered}$$

b. Khi hai anh em chạy ngược chiều thì: 

$$\begin{gathered} v_{12}=v_{13}+v_{23} \\ \Rightarrow t_2=\frac{s}{v_{13}+v_{23}} \end{gathered}$$

Chứng tỏ trong trường hợp b sẽ mất ít thời gian hơn.

2. Vận dụng công thức tính tốc độ, vận tốc

Luyện tập trang 35 Vật Lí 10: Một đoàn tàu đang chuyển động đều với tốc độ 8 m/s và có một người soát vé đang ổn định khách trong toa tàu. Một học sinh đứng bên đường thấy người soát vé đi với vận tốc bằng bao nhiêu trong các trường hợp sau:

a) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đuôi tàu.

b) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đầu tàu.

c) Người soát vé đứng yên trên tàu.

Lời giải:

Gọi vận tốc của người soát vé và tàu đối với học sinh đứng bên đường lần lượt là $\overrightarrow{v_{12}}$ và $\overrightarrow{v_{23 }}(v_{23}=8m/s)$, vận tốc của người soát vé đối với tàu là $\overrightarrow{v_{12}}(v_{12}=1,5m/s)$. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của tàu. Ta có $\overrightarrow{v_{13}}=\overrightarrow{v_{12}}+\overrightarrow{v_{23}}$.

a) Người soát vé đi về phía đuôi tàu, khi này người soát vé chuyển động ngược chiều so với chiều chuyển động của tàu, do đó ta có: $v_{13}=-v_{12}+v_{23}=-1,5 +8 = 6,5 m/s$

b) Người soát vé đi về phía đầu tàu, khi này người soát vé chuyển động cùng chiều so với chiều chuyển động của tàu, do đó ta có: $v_{13}=v_{12}+v_{23}=1,5+8=9,5 m/s$

c) Trong trường hợp người soát vé đứng yên trên tàu nên , lúc này người soát vé và đoàn tàu chuyển động cùng tốc độ $v_{13}=v_{23}=8 m/s$

Vận dụng trang 35 Vật Lí 10: Nêu một số tình huống thực tiễn thể hiện ứng dụng tính chất tương đối của chuyển động.

Lời giải:

Một số ứng dụng trong thực tiễn tính chất tương đối của chuyển động

- Vận động viên ném lao muốn ném được chiếc lao đi xa thì trước đó phải chạy đà thật nhanh. Vận tốc mà chiếc lao thu được sẽ là tổng vận tốc chạy của người ném và vận tốc bay của lao.

- Các bệ phóng tên lửa lên không gian thường đặt ở nơi gần xích đạo để tận dụng vận tốc chuyển động của Trái Đất quay quanh mình nó, giúp tên lửa dễ đạt được vận tốc lớn khi bay lên quỹ đạo.

- Các con tàu biển ngoài động cơ đẩy còn có hệ thống bánh lái hoặc buồm giúp tận dụng vận tốc của gió hoặc nước để chuyển hướng tàu.

Bài tập (Trang 35)

Bài 1 trang 35 Vật Lí 10: Một chiếc máy bay đang bay từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Thủ đô Hà Nội với tốc độ 525 km/h. Trong ngày hôm đó, gió thổi về hướng Nam với tốc độ 36 km/h. Xem như máy bay chuyển động thẳng đều theo hướng Bắc và quãng đường bay từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Thủ đô Hà Nội là 1160 km. Hãy xác định thời gian bay của máy bay trên quãng đường đó.

Lời giải:

Nhận xét: Máy bay chuyển động theo hướng Bắc, gió thổi về hướng Nam nên hai thành phần tốc độ này ngược chiều nhau. Từ đó tốc độ tổng hợp của máy bay là

 v = 525 – 36 = 489 km/h.

Thời gian bay của máy bay: $t=\frac{s}{v}=\frac{1160}{489}=2,37h$

Bài 2 trang 35 Vật Lí 10: Trong trận lũ lụt tại miền Trung vào tháng 10/2020, dòng lũ có tốc độ lên đến khoảng 4 m/s. Bộ Quốc phòng đã trang bị ca nô công suất lớn trong công tác cứu hộ. Trong một lần cứu hộ, đội cứu hộ đã sử dụng ca nô chạy với tốc độ 8 m/s so với dòng nước để cứu những người gặp nạn đang mắc kẹt trên một mái nhà cách trạm cứu hộ khoảng 2 km.

a) Sau bao lâu đội cứu hộ đến được chỗ người bị nạn? Biết đội cứu hộ phải đi xuôi dòng lũ.

b) Sau khi cứu người, đội cứu hộ phải mất bao lâu để quay lại trạm ban đầu?

Lời giải:

a, Tốc độ tổng hợp của canô khi đi xuôi dòng v_xuôi = 8 + 4 = 12 m/s.

Thời gian để đội cứu hộ đến được chỗ người bị nạn:

$t_{xuoi}=\frac{s}{v_{xuoi}}=\frac{2000}{12}=166,7s$ = 2,8 phút.

b, Tốc độ tổng hợp của canô khi đi ngược dòng v_ngược = 8 - 4 = 4 m/s.

Thời gian để đội cứu hộ quay trở về trạm:

$t_{nguoc}=\frac{s}{v_{nguoc}}=\frac{2000}{4}=500s$ = 8,3 (phút)

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 3: Đơn vị và sai số trong vật lí

Bài 4: Chuyển động thẳng

Bài 6: Thực hành đo tốc độ của vật chuyển động thẳng

Bài 7: Gia tốc - Chuyển động thẳng biến đổi đều

Bài 8: Thực hành đo gia tốc rơi tự do