Thực hành đo tốc độ

Tốc độ trung bình của xe trên một đoạn đường được tính từ định nghĩa:

Cần đo hai đại lượng: quãng đường $s$ (thước) và thời gian $t$ (đồng hồ).

Dụng cụ.

• Đồng hồ bấm giây (bấm tay): độ chính xác phụ thuộc phản xạ người bấm, sai số thường cỡ $0{,}1$ s.
• Đồng hồ đo thời gian hiện số kết hợp cổng quang điện: cổng có tia sáng; khi vật chắn tia, đồng hồ bắt đầu (hoặc kết thúc) đếm. Hai cổng đặt cách nhau $s$ cho thời gian giữa hai lần chắn. Chính xác tới $0{,}001$ s, nhanh hơn người nhiều.

Gắn lên xe một tấm chắn sáng bề rộng $w$. Khi tấm chắn đi qua một cổng quang điện, đồng hồ cho khoảng thời gian $\Delta t$ cổng bị chắn. Vì $\Delta t$ rất nhỏ, tốc độ trung bình trong khoảng đó xấp xỉ tốc độ tức thời của xe tại cổng:

Tấm chắn càng hẹp thì xấp xỉ càng tốt, nhưng thời gian chắn càng ngắn, cần đồng hồ nhanh và chính xác.

Đo $n$ lần cùng một đại lượng được $t_1, \dots, t_n$:

• Giá trị trung bình $\bar t = \dfrac{t_1 + \cdots + t_n}{n}$.
• Sai số tuyệt đối của mỗi lần: $\Delta t_i = \lvert t_i - \bar t\rvert$; sai số tuyệt đối trung bình $\overline{\Delta t} = \dfrac{\sum \Delta t_i}{n}$.
• Cộng thêm sai số dụng cụ (thường bằng nửa độ chia nhỏ nhất hay độ chính xác của đồng hồ): $\Delta t = \overline{\Delta t} + \Delta t_{\text{dc}}$.

Sai số của đại lượng tính gián tiếp $v = s/t$ (phép chia): sai số tỉ đối cộng lại,

Kết quả viết $v = \bar v \pm \Delta v$ và làm tròn sao cho $\Delta v$ có một chữ số có nghĩa (hoặc hai nếu chữ số đầu là $1$), $\bar v$ làm tròn cùng hàng với $\Delta v$.

Đo thời gian $t$ để xe đi các quãng đường $s$ khác nhau ($0{,}2$; $0{,}4$; $0{,}6$; $0{,}8$ m), vẽ các điểm $(t;\ s)$. Nếu xe chuyển động đều, các điểm gần như nằm trên một đường thẳng đi qua gốc và hệ số góc bằng tốc độ. Dùng đường thẳng phù hợp nhất (qua gần hết các điểm) để tính hệ số góc: cách này giảm ảnh hưởng của một lần đo xấu.

• $v = s/t$; đo $s$ bằng thước, $t$ bằng đồng hồ bấm giây hoặc cổng quang điện.
• Tốc độ tức thời gần đúng: $v \approx w/\Delta t$ với tấm chắn hẹp.
• $\bar t$, sai số tuyệt đối trung bình cộng sai số dụng cụ; $\dfrac{\Delta v}{\bar v} = \dfrac{\Delta s}{\bar s} + \dfrac{\Delta t}{\bar t}$.
• Hệ số góc đồ thị $s$–$t$ cho tốc độ; viết $v = \bar v \pm \Delta v$ kèm đơn vị.