Xác định độ sâu của giếng thông qua bài toán rơi tự do

Tốc độ trung bình

a/Định nghĩa:

Tốc độ trung bình là thương số giữa quãng đường vật đi được và thời gian đi hết quãng đường đó.

b/Ý nghĩa : đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của chuyển động.

c/Công thức

$\overline{v}=\frac{S}{∆t}$

Chú thích:

$\overline{v}$: tốc độ trung bình của vật (m/s).

$S$: quãng đường vật di chuyển (m).

$\Delta t$: thời gian di chuyển (s).

$t_2, t_1$: thời điểm 1 và 2 trong chuyển động của vật (s).

Ứng dụng : đo chuyển động của xe (tốc kế)

Lưu ý : Tốc độ trung bình luôn dương và bằng với độ lớn vận tốc trung bình trong bài toán chuyển động một chiều.

Vận động viên người Na Uy đạt kỉ lục thế giới với bộ môn chạy vượt rào trên quãng đường 400 m trong 43.03 giây ($\overline{v}=8.7 m/s$) tại Olympic Tokyo 2020.

Đặc điểm :Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng , nhanh dần đều với gia tốc trong trường g và có vận tốc đầu bằng 0.

Chứng minh

Từ công thức quãng đường của nhanh dần đều.

$S=v_{0}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

Suy ra trong chuyển động rơi tự do quãng đường có công thức

$S=\frac{1}{2}g{t}^2$

Chú thích:

$S$: Quãng đường vật rơi từ lúc thả đến thời điểm t $\left(m\right)$.

g: Gia tốc trọng trường $(m/s^2)$. Tùy thuộc vào vị trí được chọn mà g sẽ có giá trị cụ thể.

$t$: thời gian chuyển động của vật từ lúc thả $\left(s\right)$

Khi thả viên đá rơi xuống giếng (hoặc hang động). Viên đá sẽ rơi tự do xuống giếng sau đó va đập vào đáy giếng và tạp ra âm thanh truyền lên miệng giếng. Ta có hệ phương trình sau:

$$\begin{gathered} \left(1\right) \left\{\begin{array}{l}{t}_1=\sqrt{\frac{2.h}{g}}\\ t_2=\frac{h}{v_{âm thanh}}\end{array}\right. \\ Mà \Delta t=t_1+t_2 \left(2\right) \end{gathered}$$

Thế (1) vào (2) Từ đây ta có $\sqrt{\frac{2h}{g}}+\frac{h}{v_{âm thanh}}=\Delta t$

Chú thích:

$∆t$: thời gian từ lúc thả rơi viên đá đến khi nghe được âm thanh vọng lên $\left(s\right)$.

$t_1:$ thời gian viên đá rơi tự do từ miệng giếng xuống đáy giếng $\left(s\right)$.

$t_2$: thời gian tiếng đọng di chuyển từ dưới đáy lên miệng giếng $\left(s\right)$.

$v_{âm thanh}$: vận tốc truyền âm trong không khí $(320 ~ 340 m/s)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$

$h$: độ sâu của giếng hoặc hang động $\left(m\right)$

+ Gia tốc rơi tự do phụ thuộc vào độ cao càng lên cao càng giảm.

+ Ở những nơi khác nhau có gia tốc rơi tự do khác nhau. Ví dụ Kuala Lumpur $9,776 \left(m/s^2\right)$ , ở Washington DC $9,801 \left(m/s^2\right)$

+ Giá trị rơi tự do trung bình $9,81 \left(m/s^2\right)$

Khái niệm:

Quãng đường S là tổng độ dịch chuyển mà vật đã thực hiện được. 

Quãng đường mang tính tích lũy, nó có thể khác với độ dời. Khi vật chuyển động thẳng theo chiều dương của trục tọa độ thì quãng đường chính là độ dời.

Đơn vị tính: mét ($m$).

Khái niệm: 

Độ biến thiên thời gian là hiệu số giữa hai thời điểm $t_1$ và $t_2$.

Đơn vị tính: giây (s), phút (min), giờ (h).

Đơn vị tính: $m/s$