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

NEM · 0530 phút

Tầm xa cực đại và hai góc ném cho cùng tầm xa

45° xa nhất, α và 90° − α

Cần học trướcNEM · 04 · Ném xiên từ mặt đất - thời gian bay, tầm cao, tầm xa

Mục tiêu

  • Chứng minh và vận dụng: với cùng v0v_0 (ném từ mặt đất), tầm xa lớn nhất khi α=45∘\alpha = 45^\circ, Lmax⁡=v02/gL_{\max} = v_0^2/g.
  • Giải thích vì sao hai góc bù nhau (α\alpha và 90∘−α90^\circ - \alpha) cho cùng tầm xa, và so sánh thời gian bay, tầm cao của hai cú ném đó.
  • Tìm góc ném để rơi đúng tầm xa LL cho trước, nhận ra khi nào không có góc nào.

Khởi động

Trong môn ném tạ, ném lao, cầu thủ muốn bóng bay thật xa. Người ta nói góc ném tốt nhất là 45∘45^\circ. Nhưng vì sao đúng 45∘45^\circ mà không phải 30∘30^\circ hay 60∘60^\circ? Và nếu chỉ cần ném tới một cái đích cho trước, em có mấy cách chọn góc?

Hãy thử trước bằng thí nghiệm ảo: cố định tốc độ đá, kéo thanh góc từ 10∘10^\circ tới 80∘80^\circ, quan sát tầm xa tăng rồi giảm, và tìm hai góc cho cùng tầm xa.

01Kiến thức cần nhớ

1. Tầm xa phụ thuộc góc ném

Ném từ mặt đất, bỏ qua sức cản, tầm xa là

L=v02sin⁡2αg.L = \frac{v_0^2\sin 2\alpha}{g}.

Với v0v_0 cố định, LL chỉ thay đổi theo sin⁡2α\sin 2\alpha. Vì sin⁡2α≤1\sin 2\alpha \le 1 với mọi α\alpha, dấu bằng khi 2α=90∘2\alpha = 90^\circ:

Lmax⁡=v02gkhiα=45∘.\boxed{L_{\max} = \frac{v_0^2}{g}\quad\text{khi}\quad \alpha = 45^\circ .}

Ví dụ v0=20 m/sv_0 = 20\,\text{m/s}, g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2: L=40sin⁡2αL = 40\sin 2\alpha (mét), cực đại 40 m40\,\text{m} tại 45∘45^\circ.

102030405101520x (m)y (m)15°30°45°60°75°2034,640

2. Hai góc bù nhau, cùng tầm xa

Vì sin⁡(180∘−θ)=sin⁡θ\sin(180^\circ - \theta) = \sin\theta nên

sin⁡2(90∘−α)=sin⁡(180∘−2α)=sin⁡2α.\sin 2(90^\circ - \alpha) = \sin(180^\circ - 2\alpha) = \sin 2\alpha .

Vậy hai cú ném có góc α\alpha và 90∘−α90^\circ - \alpha cùng tầm xa. Nhưng hai cú ném đó khác nhau:

Góc nhỏ α<45∘\alpha < 45^\circGóc lớn 90∘−α90^\circ - \alpha
Quỹ đạothấp, thoảicao, dốc
Thời gian bay T=2v0sin⁡α/gT = 2v_0\sin\alpha/gngắn hơndài hơn
Tầm cao H=v02sin⁡2α/(2g)H = v_0^2\sin^2\alpha/(2g)thấp hơncao hơn

Cú ném góc nhỏ tới đích nhanh hơn (hay dùng khi muốn đối phương không kịp phản ứng); cú ném góc lớn cao hơn nên vượt được vật cản cao hơn.

Tương tácHai góc bù nhau, cùng tầm xa
102030246810121416x (m)y (m)
Góc 30° (bóng đặc)
Góc 60° (bóng rỗng)
Lớn nhất có thể (45°)
0°45°90°1L / L_max
Góc α °
v₀ m/s

Kéo α: bóng rỗng bay với góc 90° − α và luôn rơi đúng chỗ bóng đặc rơi. Bóng góc nhỏ chạm đất trước. Trên đồ thị, hai chấm đối xứng qua 45° là nơi L lớn nhất.

3. Tìm góc ném cho tầm xa cho trước

Từ L=v02sin⁡2αgL = \dfrac{v_0^2\sin 2\alpha}{g} suy ra

sin⁡2α=gLv02.\sin 2\alpha = \frac{gL}{v_0^2}.
  • Nếu gLv02>1\dfrac{gL}{v_0^2} > 1 (tức L>Lmax⁡L > L_{\max}): không có nghiệm, ném không tới.
  • Nếu gLv02=1\dfrac{gL}{v_0^2} = 1: một nghiệm α=45∘\alpha = 45^\circ.
  • Nếu 0<gLv02<10 < \dfrac{gL}{v_0^2} < 1: hai nghiệm α1<45∘\alpha_1 < 45^\circ và α2=90∘−α1\alpha_2 = 90^\circ - \alpha_1.
Tương tácNém trúng đích
204060510152025x (m)y (m)
Điểm rơi so với đích
Thừa 9,4 m (rơi xa hơn đích) (dự đoán)
Tầm xa
Tầm xa lớn nhất với v₀ này
Cần sin 2α
Khoảng cách đích D m
v₀ m/s
Góc α °

Dời đích D, rồi chỉnh v₀ và α sao cho điểm rơi trùng lá cờ (kéo mũi tên hoặc dùng thanh trượt). Bấm “Góc thấp” / “Góc cao” để thấy hai nghiệm. Đặt D lớn hơn v₀²/g để thấy không có góc nào.

02Tóm tắt

  • L=v02sin⁡2αgL = \dfrac{v_0^2\sin 2\alpha}{g}; Lmax⁡=v02gL_{\max} = \dfrac{v_0^2}{g} tại 45∘45^\circ.
  • α\alpha và 90∘−α90^\circ - \alpha cho cùng LL; góc lớn bay lâu hơn và cao hơn.
  • sin⁡2α=gL/v02\sin 2\alpha = gL/v_0^2: vô nghiệm nếu >1> 1, một nghiệm nếu =1= 1, hai nghiệm nếu <1< 1.

03Mở rộng

Parabol an toàn. Tập các điểm mà một khẩu pháo bắn với tốc độ v0v_0 cố định (mọi góc) có thể bắn tới được nằm dưới đường parabol

y=v022g−g2v02x2y = \frac{v_0^2}{2g} - \frac{g}{2v_0^2}x^2

gọi là parabol an toàn (đường bao các quỹ đạo). Với v0=20 m/sv_0 = 20\,\text{m/s}: y=20−x280y = 20 - \dfrac{x^2}{80}. Điểm (30;10)(30; 10) nằm ngoài vì 20−11,25=8,75<1020 - 11{,}25 = 8{,}75 < 10: không thể bắn tới. Điểm (30;5)(30; 5) nằm trong nên bắn tới được bằng hai góc khác nhau.

Tiếp theoPhương pháp →