Bài tập động học 1

ĐỀ BÀI
Một đoàn tàu dài 100m, chạy đều với vận tốc 18km/h. Trên đường quốc lộ song song với đường sắt, có một chiếc xe hơi đang chạy nhanh dần đều với gia tốc là 0,5m/s2 cùng chiều với tàu, khi vừa vượt qua đoàn tàu thì xe hơi có vận tốc là 15m/s. Tính
a) thời gian xe hơi vượt qua đoàn tàu
b) vận tốc lúc xe hơi vừa đuổi kịp đoàn tàu
c) đoạn đường xe hơi phải đi để vượt qua được đoàn tàu

GIẢI
Cách 1
Chọn trục Ox gắn với mặt đất và song song với quỹ đạo các xe, gốc O ở chỗ mà xe hơi đuổi kịp tàu, chiều dương là chiều chuyển động của các xe, gốc thời gian là lúc xe hơi bắt kịp tàu.
Phương trình chuyển động của đầu tàu là
     x1 = 100 + 5t
và của xe hơi là
     x2 = 15t + 0,25t2
a) Khi xe hơi vượt qua đoàn tàu thì
     x1 = x2    Þ   100 + 5t = 15t + 0,25t2   Þ  t = 8,28s.
b) Vận tốc xe khi đó là
     v2 = v20 + at = 15 + 0,5.8,28 = 19,14m/s.
c) Quãng đường mà xe hơi phải đi trong thời gian trên là
     s2 = x2 = 15.8,28 + 0,25.8,282  = 141,42m.

Cách 2
a) Xét trong hệ quy chiếu gắn với đoàn tàu thì xe hơi chuyển động nhanh dần đều với vận tốc ban đầu là
     v0 = v02 – v1 = 15 – 5 = 10m/s
và gia tốc vẫn là a = 0,5m/s2.
Khi xe vượt qua đoàn tàu thì trong hệ quy chiếu này nó đi được quãng đường s = 100m.
Ta có
     100 = 10t + 0,25t2    Þ   t = 8,28s.
b) Vận tốc xe khi đó là
     v2 = v20 + at = 15 + 0,5.8,28 = 19,14m/s.
c) Quãng đường mà xe hơi phải đi trong thời gian trên là
     s2 = 15.8,28 + 0,25.8,282  = 141,42m.