Gia tốc là gì? Cách tính gia tốc nhanh và chính xác nhất

Gia tốc là gì? Cách tính gia tốc nhanh và chính xác nhất? Khái niệm gia tốc chắc chắn là một khái niệm không thể bỏ qua trong chương trình vật lý. Gia tốc là đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi của vận tốc theo thời gian. Vậy có những loại gia tốc nào? Công thức để tính gia tốc là gì? Cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây của Trang tài liệu.

Gia tốc là gì?

Khái niệm: Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc theo thời gian. Giống với vận tốc, gia tốc cũng là một đại lượng véc-tơ (có hướng), hướng của gia tốc được xác định bởi hướng của lực tác dụng lên vật. Dựa vào giá trị và hướng của gia tốc, ta có thể đánh giá được tốc độ nhanh, chậm hay không đổi của 1 vật thể. Thứ nguyên của gia tốc là độ dài trên bình phương thời gian.

Để hiểu hơn về khái niệm gia tốc, bạn hãy tưởng tượng bạn đang chạy xe trên đường, trên thực tế thì bạn không thể nào chạy với cùng một tốc độ trong một khoảng thời gian nhất định, tùy lúc mà vận tốc sẽ nhanh hay chậm hơn ban đầu. Sự chênh lệch giữa vận tốc trên một khoảng thời gian chính là gia tốc.

Cách tính gia tốc

Công thức tính gia tốc tổng quát

Trong đó:

 là vận tốc tức thời tại một thời điểm t

 là vận tốc tại thời điểm: 

Phân loại gia tốc

Có những loại gia tốc cơ bản mà chúng ta thường gặp trong chương trình vật lý đó là:

– Gia tốc tức thời

– Gia tốc trung bình

– Gia tốc pháp tuyến

– Gia tốc tiếp tuyến

– Gia tốc toàn phần

– Gia tốc trọng trường

Công thức tính gia tốc

Gia tốc tức thời

Gia tốc thức thời của 1 vật tại 1 thời điểm biểu diễn sự thay đổi vận tốc của vật trong một khoảng thời gian rất ngắn. Được tính bằng công thức như sau:

vector a = d vector v/dt 

Trong đó:

• a: gia tốc tức thời (m/s²)
• v: vận tốc (m/s)
• t: thời gian (s)

Gia tốc trung bình

Gia tốc trung bình của 1 vật là sự chênh lệch giữa vận tốc của vật trong 1 khoảng thời gian xác định, hoặc có thể hiểu là đạo hàm của vận tốc theo thời gian, và là đạo hàm bậc hai của vị trí chất điểm theo thời gian. Gia tốc trung bình được tính bằng cách lấy vận tốc sau trừ vận tốc đầu rồi chia cho khoảng thời gian giữa 2 thời điểm đó: 

vector a_tb = (v₂ – v₁)/(t₂ – t₁) = Δ vector v/ Δt

Trong đó:

• a_tb: gia tốc trung bình (m/s²)
• v₁: Vận tốc của vật thể tại thời điểm t1 (m/s)
• v₂: Vận tốc của vật thể tại thời điểm t2 (m/s)
• Δv: Sự thay đổi của vận tốc (m/s)
• Δt: thời gian để vật thay đổi vận tốc từ v1 sang v2 (s)

Gia tốc pháp tuyến

Gia tốc pháp tuyến là đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi về phương của vận tốc. Gia tốc pháp tuyến có phương vuông góc với tiếp tuyến quỹ đạo và có chiều hướng về vùng lõm của quỹ đạo: 

a_n = v²/R

Trong đó:

• a_n: gia tốc pháp tuyến (m/s²)
• v: vận tốc tức thời (m/s)
• R: độ dài bán kính cong (m)

Gia tốc tiếp tuyến

Gia tốc tiếp tuyến biểu diễn sự thay đổi về độ lớn của vector vận tốc. Gia tốc tiếp tuyến có phương trùng với phương của tiếp tuyến quỹ đạo và cùng chiều với vật khi vật chuyển động nhanh dần, và ngược chiều với vật khi vật chuyển động chậm dần. Gia tốc tiếp tuyến được tính như sau:

a_t = dv/dt

Trong đó:

• a_t: gia tốc tiếp tuyến (m/s²)
• v: vận tốc tức thời (m/s)
• t: thời gian (s)

Gia tốc toàn phần

Gia tốc toàn phần cho ta biết sự thay đổi về độ lớn lẫn chiều chuyển động của vector vận tốc. Gia tốc toàn phần bằng tổng gia tốc pháp tuyến và gia tốc tiếp tuyến:

vector a_tp = vector a_t + vector a_n

Trong đó:

• a_tp: gia tốc toàn phần
• a_t: gia tốc tiếp tuyến
• a_n: gia tốc pháp tuyến

Gia tốc trọng trường

Ngoài các loại gia tốc trên thì còn có gia tốc trọng trường, một loại gia tốc được tạo ra bởi sự tác động của lực hút của Trái Đất lên các vật tồn tại trên bề mặt của nó. Trong chương trình vật lý phổ thông, người ta thường quy định g=9,8m/s² hoặc g=10m/s² để thuận tiện trong việc tính toán.

Trên thực tế, tại mỗi độ cao khác nhau, ta sẽ nhận được một giá trị gia tốc trọng trường dao động trong khoảng 9,78-9,83 m/s².

Vật cách mặt đất 1 khoảng bằng h: g = G.M/(R + h)²

Vật ở mặt đất: g₀ =G.M/R²

Trong đó:

• g: gia tốc trọng trường tại độ cao h (m/s2)
• g0: gia tốc trọng trường tại mặt đất (m/s2)
• G: Hằng số hấp dẫn G = 6.674×10^-11
• M: Khối lượng của Trái đất M = 5.972×10²⁴ (kg)
• R: bán kính Trái đất R = 6731 (km)

Gia tốc góc

Gia tốc góc thể hiện sự biến thiên của vận tốc góc của vật chuyển động tròn theo thời gian. Gia tốc góc là khái niệm mở rộng của gia tốc để áp dụng trong chuyển động tròn.

M = I.ε

Trong đó:

• ε: gia tốc góc (rad/s2)
• M: mômen lực 
• I: mô men quán tính với trục quay của vật