LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 10·10 / 2026

MT · 0640 phút

Tổng hợp vận tốc vuông góc: qua sông, khoảng cách nhỏ nhất

Thuyền qua sông, khoảng cách nhỏ nhất

Cần học trướcMT · 05 · Tổng hợp vận tốc cùng phươngMT · 01 · Độ dịch chuyển và quãng đường đi được

Mục tiêu

  • Tổng hợp hai vận tốc vuông góc bằng quy tắc hình bình hành (hình chữ nhật): độ lớn theo Pi-ta-go, hướng theo tang của góc.
  • Giải bài toán thuyền qua sông: lái vuông góc bờ (qua nhanh nhất, bị trôi) và lái chếch ngược dòng để tới đúng điểm đối diện.
  • Tìm khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật chuyển động đều theo hai phương vuông góc.

Khởi động

Bạn muốn chèo thuyền qua một con sông chảy xiết, thẳng đến bến đối diện ngay phía bên kia bờ. Nếu bạn cứ hướng mũi thuyền thẳng vào bến đối diện, thuyền có tới đúng bến không? Dòng nước kéo thuyền đi một chút theo mỗi giây, vậy khi tới bờ bên kia thuyền đã lệch xuống hạ lưu bao xa? Có hướng lái nào để thuyền không lệch không?

01Kiến thức cần nhớ

1. Công thức cộng vận tốc cho các vectơ không cùng phương

Công thức v⃗13=v⃗12+v⃗23\vec v_{13} = \vec v_{12} + \vec v_{23} vẫn đúng với mọi phương: cộng vectơ. Hai vận tốc vuông góc cho vectơ tổng là đường chéo của hình chữ nhật:

v13=v122+v232,tan⁡α=v23v12,v_{13} = \sqrt{v_{12}^2 + v_{23}^2}, \qquad \tan\alpha = \frac{v_{23}}{v_{12}},

với α\alpha là góc giữa v⃗13\vec v_{13} và v⃗12\vec v_{12}.

v₁₂v₂₃v₁₃α
v₁₃ là đường chéo hình chữ nhật dựng trên v₁₂ và v₂₃: v₁₃² = v₁₂² + v₂₃², tan α = v₂₃ / v₁₂

2. Thuyền qua sông

Sông thẳng rộng LL, nước chảy với tốc độ uu dọc bờ. Thuyền có tốc độ vv so với nước. Chọn OxOx dọc bờ theo chiều dòng nước, OyOy vuông góc bờ hướng sang bờ kia. Gọi θ\theta là góc giữa hướng lái và phương OyOy (vuông góc bờ), lái lệch về phía ngược dòng khi cần.

Hai thành phần của v⃗13\vec v_{13}:

vy=vcos⁡θ,vx=u−vsin⁡θ.v_y = v\cos\theta, \qquad v_x = u - v\sin\theta.
  • Thời gian qua sông t=Lvy=Lvcos⁡θt = \dfrac{L}{v_y} = \dfrac{L}{v\cos\theta} chỉ phụ thuộc thành phần vuông góc bờ.
  • Quãng trôi xuống hạ lưu: x=vx tx = v_x\,t.

Trường hợp A: lái vuông góc bờ (θ=0\theta = 0): thời gian ngắn nhất t=L/vt = L/v; trôi x=u t=uLvx = u\,t = \dfrac{uL}{v}; tốc độ so với bờ v2+u2\sqrt{v^2 + u^2}.

Trường hợp B: tới đúng điểm đối diện (vx=0v_x = 0): cần vsin⁡θ=uv\sin\theta = u, tức sin⁡θ=uv\sin\theta = \dfrac{u}{v} (chỉ làm được khi v>uv > u), lái chếch về phía ngược dòng. Tốc độ so với bờ v2−u2\sqrt{v^2 - u^2}, thời gian t=Lv2−u2t = \dfrac{L}{\sqrt{v^2 - u^2}}, lâu hơn trường hợp A.

Khi v≤uv \le u: không thể tới đúng điểm đối diện, vì dù lái thế nào, thành phần dọc theo bờ của v⃗12\vec v_{12} không thể triệt tiêu dòng nước.

Tương tácThuyền qua sông: tự chọn góc lái
bờ xuất phátbờ bên kia, L = 120 mđối diện

Bấm “Lái vuông góc bờ” rồi Chạy: qua nhanh nhất nhưng bị trôi. Bấm “Tới đúng đối diện”: vết thẳng nhưng lâu hơn. Kéo u lớn hơn v để thấy không còn góc nào làm được.

3. Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật chuyển động đều vuông góc

Hai vật chuyển động đều trên hai đường thẳng cắt vuông góc tại OO. Chọn gốc toạ độ ở OO, thời gian từ lúc t=0t = 0. Toạ độ của hai vật là hai hàm bậc nhất của tt, nên bình phương khoảng cách

d2=x1(t)2+y2(t)2d^2 = x_1(t)^2 + y_2(t)^2

là tam thức bậc hai của tt, d2=at2+bt+cd^2 = at^2 + bt + c với a>0a > 0. Nó nhỏ nhất tại t=−b2at = -\dfrac{b}{2a}; chỉ nhận nếu t≥0t \ge 0 (nếu âm thì hai vật đang rời xa nhau ngay từ đầu, khoảng cách nhỏ nhất ứng với t=0t = 0).

Cách khác: dùng vận tốc của vật này so với vật kia. Đứng trong hệ gắn với vật 22, vật 11 chuyển động đều thẳng với v⃗12=v⃗1−v⃗2\vec v_{12} = \vec v_1 - \vec v_2, và khoảng cách nhỏ nhất là khoảng cách từ vị trí vật 22 tới đường thẳng đó.

Tương tácHai tàu trên hai luồng vuông góc
đôngbắcOAB0123456020406080t (h)d (km)

Bấm Chạy và nhìn d(t) giảm rồi tăng. Điểm tròn trên đồ thị là d nhỏ nhất, ở thời điểm t₀ là đỉnh của tam thức. Thử đổi để d_min = 0 (va chạm).

02Tóm tắt

  • Vuông góc: v13=v122+v232v_{13} = \sqrt{v_{12}^2 + v_{23}^2}, tan⁡α=v23/v12\tan\alpha = v_{23}/v_{12}.
  • Qua sông: vy=vcos⁡θv_y = v\cos\theta, vx=u−vsin⁡θv_x = u - v\sin\theta; t=L/vyt = L/v_y.
  • Nhanh nhất: lái vuông góc bờ (t=L/vt = L/v, trôi uL/vuL/v). Đúng đối diện: sin⁡θ=u/v\sin\theta = u/v (cần v>uv > u), t=L/v2−u2t = L/\sqrt{v^2 - u^2}.
  • Khoảng cách nhỏ nhất: d2d^2 là tam thức bậc hai, cực tiểu tại t=−b/2a≥0t = -b/2a \ge 0.
Tiếp theoPhương pháp →