Vận tốc va chạm là gì?
Vận tốc va chạm là tốc độ mà một vật đạt được ngay tại thời điểm chạm đất sau khi được thả rơi tự do từ trạng thái đứng yên. Dựa trên định luật bảo toàn năng lượng — khi thế năng hấp dẫn chuyển hóa hoàn toàn thành động năng — tốc độ này chỉ phụ thuộc vào độ cao rơi và gia tốc trọng trường, chứ không phụ thuộc vào khối lượng của vật. Công cụ này giả định môi trường chân không (bỏ qua lực cản không khí), một xấp xỉ khá chính xác cho các quãng rơi ngắn và các vật có khối lượng riêng lớn.
Cách sử dụng máy tính
Nhập độ cao rơi theo đơn vị mét, và nếu cần, bạn có thể điều chỉnh gia tốc trọng trường. Giá trị mặc định 9,81 m/s² là gia tốc trọng trường tiêu chuẩn trên Trái Đất, nhưng bạn hoàn toàn có thể thay đổi để mô phỏng Mặt Trăng (1,62), Sao Hỏa (3,71) hay bất kỳ thiên thể nào khác. Máy tính sẽ trả về vận tốc va chạm theo mét trên giây, tốc độ tương đương theo km/h, và tổng thời gian vật rơi.
Giải thích công thức
Cho thế năng bằng động năng, ta có \(mgh = \tfrac{1}{2}mv^2\). Khối lượng m triệt tiêu ở cả hai vế, còn lại \(v^2 = 2gh\), nên
$$v = \sqrt{2 \cdot g \cdot h}$$Trong đó g là gia tốc trọng trường (m/s²) và h là độ cao rơi (m). Thời gian rơi được suy ra từ \(h = \tfrac{1}{2}gt^2\), cho ta \(t = \sqrt{2h/g}\).
Ví dụ minh họa
Một vật được thả rơi từ độ cao 10 m trên Trái Đất:
$$v = \sqrt{2 \times 9{,}81 \times 10} = \sqrt{196{,}2} \approx 14{,}01 \text{ m/s}$$tương đương khoảng 50,4 km/h. Thời gian rơi là
$$t = \sqrt{2 \times 10 / 9{,}81} \approx 1{,}428 \text{ giây}$$Câu hỏi thường gặp
Khối lượng có ảnh hưởng đến vận tốc va chạm không? Không. Trong chân không, mọi vật đều rơi với cùng một gia tốc, nên một chiếc lông vũ và một viên gạch thả từ cùng độ cao sẽ chạm đất với cùng tốc độ.
Vì sao kết quả thực tế của tôi lại thấp hơn? Lực cản của không khí làm chậm vật và cuối cùng vật đạt tới vận tốc giới hạn (terminal velocity). Công cụ này bỏ qua lực cản nên cho ra giá trị tối đa về mặt lý thuyết.
Tôi có thể dùng đơn vị foot thay cho mét không? Công thức yêu cầu các đơn vị phải nhất quán. Nếu dùng foot, hãy nhập g = 32,17 ft/s² và kết quả sẽ tính theo ft/s.
