Lý thuyết Vật lí 10 Bài 4: Độ dịch chuyển và quãng đường đi được

Để mô tả chuyển động của một vật, trước hết ta phải xác định được vị trí của vật đó trong không gian theo thời gian.

1. Hệ tọa độ và Vật mốc

Một vật được chọn làm mốc để so sánh vị trí của các vật khác gọi là vật mốc. Khi vật mốc kết hợp với một hệ tọa độ vuông góc (trục $Ox$ trên đường thẳng hoặc hệ $Oxy$ trên mặt phẳng) và thước đo chiều dài, ta có hệ tọa độ.

• Vị trí của vật trên đường thẳng được xác định bằng tọa độ $x$ (hoặc độ dời so với gốc tọa độ $O$).
• Vị trí của vật trên mặt phẳng được xác định bởi cặp tọa độ $(x, y)$.

2. Thời điểm, Thời gian và Hệ quy chiếu

• Thời điểm ($t$): Là một giá trị cụ thể trên trục thời gian hiển thị trên mặt đồng hồ (Ví dụ: lúc 7 giờ 30 phút).
• Khoảng thời gian (thời gian chuyển động $\Delta t$): Là khoảng cách giữa hai thời điểm: $\Delta t = t_2 - t_1$.
• Hệ quy chiếu: Bao gồm vật mốc, hệ tọa độ gắn với vật mốc và một gốc thời gian kèm đồng hồ đo thời gian.

Đại lượng vừa cho biết độ dài, vừa cho biết hướng của sự thay đổi vị trí của vật được gọi là độ dịch chuyển.

Độ dịch chuyển là một đại lượng vectơ, kí hiệu là $\vec{d}$:

• Gốc của vectơ: Đặt tại vị trí ban đầu của vật (thời điểm $t_1$).
• Ngọn của vectơ (mũi tên): Đặt tại vị trí cuối cùng của vật (thời điểm $t_2$).
• Độ lớn của vectơ ($d$): Đo khoảng cách đường thẳng ngắn nhất nối giữa điểm đầu và điểm cuối.
• Hướng của vectơ: Hướng từ vị trí đầu đến vị trí cuối.

Quy ước dấu của độ dịch chuyển trên trục tọa độ $Ox$:

Nếu chọn trục tọa độ trùng với quỹ đạo chuyển động thẳng: $$d = \Delta x = x_2 - x_1$$

• Nếu vật chuyển động theo chiều dương của trục tọa độ: $x_2 > x_1 \Rightarrow d > 0$.
• Nếu vật chuyển động theo chiều âm của trục tọa độ: $x_2 < x_1 \Rightarrow d < 0$.

Quãng đường và độ dịch chuyển là hai khái niệm nền tảng thường bị học sinh nhầm lẫn:

Minh họa trực quan sự khác biệt giữa quãng đường ngoằn ngoèo và độ dịch chuyển thẳng tắp:

Khi một vật thực hiện liên tiếp các chuyển động dịch chuyển $\vec{d}_1, \vec{d}_2, ...$, độ dịch chuyển tổng hợp $\vec{d}$ của vật được tính bằng quy tắc cộng vectơ: