[Vật lý 10] Động lượng và Định luật bảo toàn động lượng CHI TIẾT

Động lượng và Định luật bảo toàn động lượng là một trong chương quan trọng mà chúng ta được học trong chương trình Vật lý 10. Hôm nay hãy cùng congthuctoanlyhoa học tập về phần kiến thức mới này nhé!

Mục lục

Động lượng là gì

Để xác định trạng thái chuyển động của một vật về mặt động lực học, người ta đưa vào một đại lượng vật lý liên quan đến khối lượng và vận tốc của vật, đại lượng này được gọi là động lượng.
Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc $\tov$ là đại lượng xác định bởi công thức:
Động lượng là một vec tơ cùng hướng với vận tốc của vật, có đơn vị đo là kilôgam mét trên giây (kg.m/s)
Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó, ta có:

Lưu ý, động lượng là đại lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tương tác với nhau.

Xung lượng của lực

Khi một lực →F tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn Δt thì tích →F.Δt được định nghĩa là xung lượng của lực →F trong khoảng thời gian Δt ấy ( Lực →F được xem là không đổi trong khoảng thời gian tác dụng ngắn Δt).
Đơn vị xung lượng của lực là N.s

Liên hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên động lượng

Giả sử có một lực →F (không đổi) tác dụng lên một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc →V₁. Trong khoảng thời gian tác dụng Δt , vận tốc của vật biến đổi thành →V₂ nghĩa là vật đã có gia tốc:

Theo định luật II Newton:

Ta cũng có thể suy ra: →F.Δt = Δ→p

=> Xung lượng của lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian bằng độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó.

Dạng tổng quát của định luật II Newton

Từ các công thức trên ta có:

=> Lực tổng hợp tác dụng lên vật bằng tốc độ thay đổi động lượng của vật (đây được xem là cách diễn đạt khác của định luật II Newton).

Bài tập Động lượng

Hai vật có khối lượng m1=5kg, m2=10kg chuyển động với các vận tốc v1=4m/s và v2=2m/s. Tìm tổng động lượng (phương, chiều và độ lớn) của hệ trong các trường hợp sau:

a. →v1 và →v2 cùng hướng

b. →v1 và →v2 cùng hướng, ngược chiều

c. →v1 và →v2 vuông góc với nhau

Hướng dẫn:

Định luật bảo toàn động lượng

Hệ kín (hệ cô lập)

Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng.

Định luật

Trong một hệ kín, chỉ có các nội lực (các lực tác dụng giữa các vật trong hệ) tương tác giữa các vật. Các nội lực này theo định luật 3 Newton thực đối nhau trong đổi một.

→F1 = – →F2

Dưới tác dụng của các lực →F1 và →F2 trong khoảng Δt, động lượng của mỗi vật có độ biến thiên lần lượt là Δ→p₁ và Δ→p₂.

Ta có:

Suy ra:

Ta có biến thiên động lượng toàn phần của hệ bằng tổng các biến thiên động lượng của mỗi vật:

Biến thiên động lượng của hệ bằng không, nghĩa là động lượng toàn phần của hệ không đổi.

Từ đó ta có thể phát biểu: Động lượng toàn phần của hệ kín là một đại lượng bảo toàn.

Va chạm mềm và va chạm đàn hồi

Sau đây ta sẽ cùng tìm hiểu về hai loại va chạm trong chương trình Vật lý 10, đó là va chạm mềm và va chạm đàn hồi.

Va chạm mềm

Dùng hai xe A và B giống nhau, ở đầu mỗi xe có gắn một miếng nhựa dính. Cho xe A chuyển động với với tốc v_A = v tới va chạm với xe kia đang đứng yên. Sau va chạm, cả hai xe dính vào nhau và chuyển động với vận tốc bằng v_AB = v₂. Kiểu va chạm “dính” này gọi là va chạm mềm.

Theo định luật bảo toàn động lượng. Ta có:

m_1. $\to$ = (m₁ + m₂) $\to$ , trong đó $\to$ là vận tốc vật m₁ ngay trước va chạm với vật m₂ đang đứng yên, $\to v$ là vận tốc m₁ và m₂ ngay sau va chạm.

Va chạm đàn hồi

Dùng hai xe A và B giống nhau, ở đầu mỗi xe có gắn một quả cầu kim loại nhỏ. Cho xe A chuyển động với với tốc v_A = v tới va chạm với xe kia đang đứng yên. Sau va chạm, xe A đang chuyển động thì dừng lại, xe B đang đứng yên thì chuyển động với đúng vận tốc v’_B = v. Kiểu va chạm “dính” này gọi là va chạm đàn hồi.

Bài tập về định luật bảo toàn

Một lực 50N tác dụng vào một vật có khối lượng m = 0,1 kg ban đầu nằm yên; thời gian tác dụng là 0,01s. Xác định vận tốc của vật.