Chương IV: Động lượng là gì? định luật bảo toàn động lượng
Chương IV: Công cơ học là gì? công suất, năng lượng
Động lượng ⃗pp→ của một vật khối lượng m chuyển động với vận tốc ⃗vv→ được xác định bằng biểu thức ⃗p=m.⃗vp→=m.v→
Chương IV: Động lượng là gì? định luật bảo toàn động lượng
1/ Động lượng của một vật khối lượng m
Thí nghiệm vật lý 1: bi trắng khối lượng m chuyển động với vận tốc ⃗vv→ đến va chạm với bi đen đang đứng yên, ta nhận thấy sau va chạm bi trắng thay đổi (giảm) độ lớn vận tốc và hướng của chuyển động, bi đen từ đứng yên chuyển sang trạng thái chuyển động với vận tốc →v′v′→
=> nhận xét: bi trắng đã truyền một phần chuyển động cho bi đen
Thí nghiệm vật lý 2: bi trắng khối lượng m chuyển động với vận tốc ⃗vv→ đến va chạm với bi xanh đang đứng yên, ta nhận thấy bi trắng gần như dừng lại còn bi xanh chuyển động với vận tốc →v′v′→ có độ lớn gần bằng với vận tốc của bi trắng.
=> nhận xét: bi trắng đã truyền gần như toàn bộ chuyển động cho bi đen.
Thí nghiệm vật lý 3: nếu thay bi xanh, bi đen thành các viên bi khác bằng sắt có khối lượng tăng lên rất nhiều lần thì xảy ra các trường hợp bi trắng đến va chạm và có khả năng bị bật ngược trở lại.
khối lượng có ảnh hưởng đến quá trình truyền chuyển động của vật
=> Dự đoán: bi A đến va chạm với bi B truyền chuyển động cho bi B nhưng do bi B có khối lượng lớn nên mức quán tính của nó lớn (khó thay đổi vận tốc) => chuyển động đó lại được bi B truyền ngược lại cho bi A => gợi ý về sự truyền chuyển động là một đại lượng bảo toàn.
2/ Biến thiên động lượng của một vật
vật m chuyển động với vận tốc v1đến va chạm với bức chắn sau đó bị bật ngược trở lại với vận tốc v2
vật khối lượng m chuyển động với vận tốc →v1v1→ động lượng là
sau khoảng thời gian Δt vật có vận tốc là →v′1v1′→ thì động lượng của vật là
Tốc độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian Δt là
⃗F.Δt=Δ⃗pF→.Δt=Δp→
Ý nghĩa vật lý xung lượng của lực:
xung lượng của lực bằng biến thiên động lượng của vật, trong vật lý cổ điển khối lượng của vật không thay đổi khi chuyển động => sự thay đổi vận tốc của vật cả về hướng và độ lớn phụ thuộc vào hướng, độ lớn của lực tác dụng và thời gian lực tác dụng.
Trò chơi giật khăn trải bàn không làm đổ các vật đặt ở trên giúp ta hiểu rõ hơn về ý nghĩa xung lượng của lực
Với một lực kéo nhẹ vừa đủ cộng với thời gian lâu (kéo từ từ) ta có thể làm cho các vật trên bàn bị rơi xuống đất. Với một lực kéo mạnh và thật nhanh (thời gian tác dụng của lực ngắn) ta có thể rút chiếc khăn trải bàn ra mà không làm rơi các đồ vật đặt ở trên.
3/ Động lượng của hệ cô lập (hệ kín)
a/ Hệ cô lập (hệ kín): là hệ gồm các vật trong hệ chỉ tương tác với nhau mà không tương tác với các vật bên ngoài hệ hoặc hợp của các lực bên ngoài hệ tác dụng vào các vật bên trong hệ bằng không.
Các bài tập vật lý thường gặp liên quan đến đạn nổ (nội lực rất lớn, ngoại lực rất nhỏ), hai vật va chạm bỏ qua ma sát (các ngoại lực tác dụng vào hệ bằng không) được coi là hệ cô lập (hệ kín)
b/ Động lượng của hệ cô lập (xét hệ hai vật va chạm):
động lượng của hệ vật trước khi hai vật va chạm với nhau:
động lượng của hệ vật sau khi hai vật va chạm:
trong đó:
- m1; m2: khối lượng của các vật (kg)
- v1; v2: vận tốc của các vật trước va chạm (m/s)
- v’1; v’2: vận tốc của các vật sau va chạm (m/s)
Gọi Δt là khoảng thời gian hai vật va chạm với nhau, áp dụng định luật III Newton ta có
=>m1→v′1−→v1Δt=−m2→v′2−→v2Δtm1v1′→−v1→Δt=−m2v2′→−v2→Δt
=> m1→v1+m2→v2=m1→v′1+m2→v′2m1v1→+m2v2→=m1v1′→+m2v2′→
=> Động lượng của hệ trước va chạm=động lượng của hệ sau va chạm
Hình minh họa quá trình truyền chuyển động của các viên bi, nếu bỏ qua sức cản của môi trường, sự truyền chuyển động này được bảo toàn hay nói cách khác động lượng của hệ kín là đại lượng bảo toàn