Vì sao cổng quang với thanh chắn dài không cho vận tốc ngay khi mép đầu vừa đi qua?

Giải thích nguyên lý

Cổng quang có thể đo thời gian tia bị thanh chắn che rồi tính chiều dài thanh chia thời gian. Kết quả đó là vận tốc trung bình trong khoảng che tia nếu thanh chuyển động dọc theo trục đo. Khi xe tăng tốc, vận tốc đầu, cuối và trung bình khác nhau. Không nên gán kết quả trung bình cho đúng thời điểm bắt đầu che tia.

Ví dụ tính từng bước

Một thanh mô hình dài 2 m đi qua tia với vận tốc đầu 1 m/s, gia tốc không đổi 2 m/s². Từ 2 = 1t + t² suy t = 1 s. Cổng tính L/t = 2 m/s, trong khi mép đầu bắt đầu đi qua ở 1 m/s và cuối khoảng vận tốc là 3 m/s. Với gia tốc đều, 2 m/s ứng với thời điểm giữa khoảng 0,5 s.

Điểm dễ hiểu sai

Giữa khoảng thời gian không luôn là giữa đoạn đường: sau 0,5 s vật mới đi 0,75 m, chưa phải 1 m. Không dùng một nhãn thời điểm thiếu kiểm chứng.

Tự kiểm tra

Khi xe đi đều 2 m/s, ba vận tốc đầu, cuối và trung bình đều bằng nhau.

Điều kiện áp dụng

Thanh cứng, chiều dài đã hiệu chuẩn, chuyển động thẳng không quay; dữ kiện 2 m chỉ giúp nhìn rõ mô hình, không mô tả kích thước thanh đo thông dụng.

Đọc hình minh họa

Thanh chắn đi qua một tia cố định ở hai thời điểm; đồ thị vận tốc tăng từ 1 đến 3 m/s, giá trị trung bình 2 m/s được đặt tại giữa khoảng thời gian. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Chọn đồng hồ hay cổng quang để đo tốc độ Gia tốc là gì? Công thức a = Δv/Δt và đơn vị m/s²