Vận tốc trung bình là gì?
Vận tốc trung bình là tổng độ dịch chuyển của một vật chia cho tổng thời gian di chuyển. Khác với tốc độ, vận tốc là đại lượng vectơ, nghĩa là vừa có độ lớn vừa có hướng. Giá trị dương cho biết vật chuyển động theo chiều dương, còn giá trị âm cho biết vật chuyển động theo chiều ngược lại. Công cụ này hoạt động với bất kỳ hệ đơn vị nhất quán nào; mặc định sử dụng mét và giây, cho kết quả tính bằng mét trên giây (m/s).
Cách sử dụng máy tính
Nhập vị trí ban đầu (\(x_i\)) và vị trí cuối (\(x_f\)) của vật theo đơn vị mét, sau đó nhập thời gian ban đầu (\(t_i\)) và thời gian cuối (\(t_f\)) theo đơn vị giây. Công cụ sẽ tính độ dịch chuyển \(\Delta x\), khoảng thời gian \(\Delta t\), rồi lấy chúng chia cho nhau để ra vận tốc trung bình. Lưu ý thời gian cuối phải khác thời gian ban đầu — khoảng thời gian bằng 0 sẽ không xác định.
Giải thích công thức
Công thức là $$v_{tb} = \frac{\Delta x}{\Delta t} = \frac{x_f - x_i}{t_f - t_i}$$ Tử số là độ thay đổi vị trí (độ dịch chuyển, không phải tổng quãng đường), còn mẫu số là độ thay đổi thời gian. Vì độ dịch chuyển có thể âm nên dấu của kết quả sẽ cho biết hướng di chuyển tổng thể của vật.
Ví dụ minh họa
Giả sử một chiếc ô tô xuất phát ở vị trí 0 m tại thời điểm 0 s và đến vị trí 100 m tại thời điểm 10 s. Độ dịch chuyển = \(100 - 0 = 100\) m. Khoảng thời gian = \(10 - 0 = 10\) s. Vận tốc trung bình = $$\frac{100}{10} = \textbf{10 m/s}$$
Chuyển đổi đơn vị vận tốc
Vận tốc trung bình được tính bằng các đơn vị SI là mét trên giây (m/s), nhưng nó thường được báo cáo bằng các đơn vị khác. Bảng dưới đây cung cấp các hệ số chuyển đổi chính xác và được làm tròn cho các đơn vị tốc độ phổ biến nhất. Mối quan hệ cơ bản là \(1\ \text{m/s} = 3.6\ \text{km/h}\) (vì có 3600 giây trong một giờ và 1000 mét trong một kilomet).
| Từ | m/s | km/h | mph | ft/s | nút |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 m/s | 1 | 3.6 | 2.23694 | 3.28084 | 1.94384 |
| 1 km/h | 0.27778 | 1 | 0.62137 | 0.91134 | 0.53996 |
| 1 mph | 0.44704 | 1.60934 | 1 | 1.46667 | 0.86898 |
| 1 ft/s | 0.30480 | 1.09728 | 0.68182 | 1 | 0.59248 |
| 1 nút | 0.51444 | 1.85200 | 1.15078 | 1.68781 | 1 |
Các tương đương được tính toán cho một giá trị duy nhất: một vận tốc 1 m/s bằng chính xác 3.6 km/h, xấp xỉ 2.237 mph, khoảng 3.281 ft/s, và gần đúng 1.944 nút. Để chuyển đổi kết quả từ máy tính này thành km/h, nhân giá trị m/s với 3.6; để chuyển đổi thành mph, nhân với 2.23694.
Ví dụ, một vận tốc trung bình của \(10\ \text{m/s}\) là \(10 \times 3.6 = 36\ \text{km/h}\) và \(10 \times 2.23694 \approx 22.37\ \text{mph}\).
Câu hỏi thường gặp
Vận tốc trung bình có giống tốc độ trung bình không? Không. Tốc độ trung bình dùng tổng quãng đường đi được, còn vận tốc trung bình dùng độ dịch chuyển ròng. Với chuyển động có đảo chiều, hai giá trị này sẽ khác nhau.
Kết quả có thể âm không? Có. Vận tốc trung bình âm nghĩa là vật di chuyển ròng theo chiều âm của trục tọa độ bạn chọn.
Công cụ dùng đơn vị gì? Nhãn hiển thị mét và giây (m/s), nhưng phép tính áp dụng cho mọi hệ đơn vị nhất quán — chỉ cần hiểu kết quả theo đúng đơn vị bạn nhập.
