Vật lí 10 Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng
Học liệu bổ trợ Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng, kèm gợi ý cho Bài 30: Thực hành: Xác định động lượng của vật trước và sau va chạm. Phần thực hành chưa thành bài riêng.
Mục tiêu và kiến thức nền
Chọn hệ và điều kiện bảo toàn động lượng; giải va chạm dính, phân biệt bảo toàn động năng.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Hệ kín theo phương đang xét
Tổng động lượng hệ bảo toàn khi tổng ngoại lực bằng không, hoặc xung lượng ngoại lực không đáng kể trong thời gian tương tác. Lực giữa các vật trong hệ là nội lực. Với hai xe trên đường ngang, có thể xét bảo toàn theo phương ngang trong va chạm ngắn nếu ma sát không đáng kể.
Va chạm dính và va chạm đàn hồi
Va chạm dính: hai vật chuyển động cùng vận tốc sau va chạm, tính bằng bảo toàn động lượng. Động năng thường giảm, chuyển thành nhiệt, âm và biến dạng. Va chạm đàn hồi lí tưởng bảo toàn cả động lượng và động năng; không áp điều kiện đàn hồi cho mọi va chạm.
Thực hành kiểm chứng
Dùng hai xe trên máng ngang, đo khối lượng và vận tốc trước–sau bằng cổng quang. Tính tổng động lượng có dấu, so sai lệch với mức không chắc chắn phép đo. Chỉnh máng ngang, hạn chế ma sát, không dùng va chạm mạnh. Chênh lệch số đo cần phân tích ngoại lực và sai số, không sửa kết quả cho bằng nhau.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Dính vào xe đứng yên
Xe 1 kg chạy 4 m/s va vào xe 3 kg đứng yên rồi dính. v = (1×4 + 3×0)/4 = 1 m/s. Động năng đầu 8 J, cuối 2 J; giảm 6 J dù động lượng được bảo toàn.
Ví dụ 2. Hai vật đi ngược chiều
Hai xe cùng khối lượng: một có v₁ = 3 m/s, một v₂ = −1 m/s. Dính vào nhau: v = (3−1)/2 = 1 m/s theo chiều xe thứ nhất. Không cộng 3 + 1 vì hai hướng đối nhau.
Lỗi thường gặp
- Chọn hệ trước khi dùng bảo toàn.
- Ngoại lực không đáng kể theo phương xét mới dùng được.
- Bảo toàn động lượng không đồng nghĩa bảo toàn động năng.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Hai xe dính sau va chạm, bỏ xung lượng ngoại lực. Đại lượng chắc chắn bảo toàn là
Xem đáp án và lời giải
Đáp án C. Nội lực làm đổi động lượng từng xe nhưng tổng động lượng hệ được bảo toàn.
Câu 2. Xe 2 kg chạy 3 m/s dính vào xe 1 kg đứng yên. Vận tốc chung bao nhiêu m/s?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 2. v = (2×3)/(2+1) = 2 m/s.
Câu 3. Va chạm dính trong hệ cô lập.
- Hai vật có cùng vận tốc cuối.
- Tổng động lượng bảo toàn.
- Động năng luôn bảo toàn.
- Năng lượng toàn bộ không tự biến mất.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng theo định nghĩa dính. b) Đúng theo điều kiện hệ. c) Sai: thường giảm. d) Đúng: chuyển sang nhiệt, biến dạng và dạng khác.
Câu 4. Hai xe 1 kg có vận tốc +4 m/s và −2 m/s, dính lại. Tính vận tốc chung.
Xem đáp án và lời giải
Động lượng đầu = 4−2 = 2 kg·m/s. Khối lượng chung 2 kg nên v = 1 m/s theo chiều dương.
Câu 5. Xe 1 kg chạy 2 m/s dính vào xe 1 kg đứng yên. Tính độ giảm động năng.
Xem đáp án và lời giải
v chung = 1 m/s. Wđ đầu = 1×4/2 = 2 J; cuối = 2×1/2 = 1 J. Giảm 1 J.
Câu 6. Hai người đứng trên xe trượt ban đầu nghỉ rồi đẩy nhau. Người và xe thứ nhất tổng 40 kg đi +3 m/s; bên kia tổng 60 kg. Tìm vận tốc bên kia, bỏ ma sát.
Xem đáp án và lời giải
Động lượng ban đầu bằng 0. 40×3 + 60v = 0 nên v = −2 m/s, ngược chiều bên thứ nhất.
Sơ đồ ghi nhớ
- Chọn hệ và phương
- Kiểm xung lượng ngoại lực
- Cộng động lượng có dấu
- Xét riêng động năng
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.