Gia tốc là gì?

Gia tốc là đại lượng thường gặp trong vật lý mô tả sự biến đổi vận tốc theo thời gian. Gia tốc là đại lượng có hướng (giống với vận tốc), hay còn gọi là đại lượng vectơ. Cùng Toploigiai tìm hiểu rõ hơn về gia tốc qua bài viết dưới đây nhé!

Gia tốc là gì?

Gia tốc là đại lượng thường gặp trong vật lý mô tả sự biến đổi vận tốc theo thời gian. Gia tốc là đại lượng có hướng (giống với vận tốc), hay còn gọi là đại lượng vectơ. 

Đơn vị của gia tốc thường là độ dài chia cho bình phương thời gian. 

Đơn vị chuẩn thường được sử dụng là: m/s² (mét trên giây bình)

Chuyển động tăng tốc khi vecto gia tốc cùng chiều với chiều chuyển động, giảm tốc khi vector gia tốc ngược chiều với chiều chuyển động và đổi hướng khi vecto gia tốc có phương khác với phương chuyển động.

Công thức tính gia tốc 

Gia tốc được tính theo công thức tổng quát như sau:

Trong đó:

• a: Gia tốc của vật (m/s²)
• v: chính là vận tốc tức thời tại điểm t
• v0: là vận tốc tức thời tại thời điểm t0
• Δt = t – t0 là thời gian mà vận tốc thay đổi từ v0 sang v

Như chúng ta biết, gia tốc là đại lượng hữu hướng và được biểu diễn dưới dạng vector. Vì vậy, nó có thể mang giá trị âm hoặc giá trị dương tùy thuộc vào chiều chuyển động của vật và cách chọn gốc tọa độ. Để hiểu rõ hơn, chúng ta cùng tìm hiểu về đặc điểm của gia tốc trong hai trường hợp sau: 

Trường hợp 1: Chuyển động thẳng và nhanh dần đều

• Qũy đạo chuyển động là một đường thẳng
• Vận tốc di chuyển của vật tăng đều theo thời gian.
• Gia tốc của vật có độ lớn và hướng không bị thay đổi theo thời gian.

Khi đó: Vector vận tốc và vector gia tốc luôn cùng hướng với nhau, tức là tích a.v > 0. 

Trường hợp 2: Chuyển động thẳng nhưng chậm dần đều

Đặc điểm: 

• Qũy đạo chuyển động vẫn là một đường thẳng.
• Vận tốc của vật lại giảm dần đều theo thời gian.
• Gia tốc của vật có độ lớn và hướng không bị thay đổi theo thời gian.

Khi đó: Vector vận tốc và vector gia tốc luôn ngược hướng nhau, tức là tích a.v < 0. 

Gia tốc tức thời 

Gia tốc tức thời của một vật tại một thời điểm sẽ biểu diễn sự thay đổi về gia tốc trong một khoảng thời gian vô cùng nhỏ xung quanh thời điểm đó là chia cho thời gian vô cùng nhỏ này.

Công thức tính của gia tốc tức thời:

Trong đó:

• a: là vận tốc
• v: là vận tốc, đơn vị là m/s
• t là thời gian, đơn vị là s

Gia tốc trung bình

Gia tốc trung bình trong một khoảng thời gian cụ thể sẽ là tỉ số giữa sự thay đổi vận tốc (tại khoảng thời gian đang xét) và khoảng thời gian đó. Hay nói cách khác, gia tốc trung bình là biến thiên của vận tốc chia cho biến thiên của thời gian. Đây là đạo hàm của vận tốc theo thời gian và là đạo hàm bậc hai của vị trí chất điểm theo thời gian.

Cách tính gia tốc trung bình

Gia tốc hướng tâm 

Gia tốc hướng tâm là gia tốc của một vật có chuyển động trên quỹ đạo cong. Nếu xét trong hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động (vật đứng yên) thì gia tốc hướng tâm cần cân bằng với gia tốc ly tâm gây ra bởi lực quán tính trang hệ quy chiếu. Như vậy giá tốc này hướng vào phía tâm cong của quỹ đạo ( ngược hướng của gia tốc ly tâm) và có độ lớn bằng với độ lớn của gia tốc ly tâm.

Ta có công thức:

Trong đó:

• ω2: là tốc độ góc
• v là tốc độ tức thời
• R: là độ dài bán kính cong
• a(ht): Gia tốc hướng tâm (đơn vị: m/s2)

Nếu xét theo trường hợp đơn giản là chuyển động tròn đều ( tốc độ vẫn được giữ nguyên) trên quỹ đạo là đường tròn thì cả v và R là không đổi và gia tốc hướng tâm cũng không đổi.

Trong chuyển động tròn, gia tốc hướng tâm luôn hướng vào tâm quay, nso phụ thuộc vào độ lớn, bán kính và tốc độ quay.

Gia tốc pháp tuyến

Gia tốc pháp tuyến là đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi về phương của vectơ vận tốc. Gia tốc pháp tuyến có:

• Phương vuông góc với tiếp tuyến quỹ đạo
• Chiều hướng về phía vùng lõm của quỹ đạo.

Công thức tính của gia tốc pháp tuyến:

Trong đó:

• v: là tốc độ tức thời (m/s)
• R: là độ dài bán kính cong (m)

Nếu xét đến trường hợp đơn giản là chuyển động tròn đều (tốc độ giữ nguyên) trên quỹ đạo là đường tròn thì cả v và R đều không đổi và gia tốc hướng tâm là không đổi.

Gia tốc tiếp tuyến

Gia tốc tiếp tuyến là dấu hiệu đặc trưng cho sự thay đổi độ lớn của vectơ vận tốc. Gia tốc tiếp tuyến có:

• Phương trùng với phương của tiếp tuyến
• Chiều cùng với chuyển động nhanh dần vfa ngược chiều với chuyển động chậm dần.

Công thức tính của gia tốc tiếp tuyến:

Trong đó:

• v: là tốc độ tức thời (m/s)
• t: là thời gian tức thời (s)

Mối quan hệ giữa gia tốc pháp tuyến và gia tốc tiếp tuyến

Một vật chuyển động trên quỹ đạo hình cong gia tốc bao gồm 2 thành phần đó là: gia tốc tiếp tuyến at và gia tốc pháp tuyến an.

Lúc này: Gia tốc tiếp tuyến sẽ đặc trưng cho sự thay đổi về độ lớn của vận tốc theo thời gian còn gia tốc pháp tuyến thì đặc trưng cho sự thay đổi về phương của vận tốc theo thời gian.

Gia tốc toàn phần 

Gia tốc toàn phần là tổng của cả gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến.

Công thức tính gia tốc toàn phần:

Trong đó:

Gia tốc trọng trường

Gia tốc trọng trường là gia tốc được sinh ra do lực hấp dẫn tác dụng lên một vật. Bỏ qua má sát do sức cản của không khí, theo nguyên lý tương đương thì mọi vật nhỏ chịu gia tốc trong một trường hấp dẫn là như nhau so với tâm của trọng lượng. Điều này hoàn toàn đúng bất kể các vật có khối lượng khác nhau hay thành phần của chúng như thế nào.

Tại các vị trí khác nhau trên Trái đất, các vật rơi với gia tốc nằm trong khoảng 9,78 và 9, 83 m/s² phụ thuộc vào độ cao với giá trị tiêu chuẩn bằng 9.80665 m/s². Các vật có mật độ nhỏ không chịu cùng gia tốc như các vật nặng hơn do có lực đẩy nổi và sức cản không khí tác động vào.