Bài 23. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng

BÀI 23
ĐỘNG LƯỢNG
ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
CHƯƠNG IV: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN
I. ĐỘNG LƯỢNG
II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
Hệ cô lập
1
ĐLBT ĐL của hệ cô lập
2
Va chạm mềm
3
Chuyển động bằng phản lực
4
Xung lượng của lực
1
Động lượng
2
NỘI DUNG
1. XUNG LƯỢNG CỦA LỰC
a. Hãy xét các ví dụ sau:
1. Cầu thủ đánh mạnh vào quả golf đang đứng yên, quả golf bay đi.
2. Quả bi-a đang chuyển động nhanh lăn vào thành bàn đổi hướng.
 Một lực có độ lớn đáng kể tác dụng vào vật trong thời gian ngắn có thể gây biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.
b. Xung lượng của vật
Trong hai ví dụ trên:
Có một lực đã tác động vào quả golf làm nó bay đi.
Khi quả bi-a va vào thành bàn đã có một lực tác động vào nó làm đổi hướng chuyển động
 Khi một vật tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ∆t thì tích .∆t được định nghĩa là xung lực của lực trong khoảng thời gian ấy.
2. ĐỘNG LƯỢNG
a. Tác dụng của xung lượng của lực
Theo định luật II Newton ta có :
m = hay m =
Suy ra m - m = t
b. Động lượng
Định nghĩa:
 Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là là một véc tơ cùng hướng với vận tốc và được xác định bởi công thức = m
Đơn vị động lượng là kg.m/s
c. Mối liên hệ giữa động lượng và xung lượng của lực
Ta có: - = t
hay = t
 Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
Ý nghĩa : Lực tác dụng đủ mạnh trong một khoảng thời gian thì có thể gây ra biến thiên động lượng của vật.
I. ĐỘNG LƯỢNG
II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
Hệ cô lập
1
ĐLBT ĐL của hệ cô lập
2
Va chạm mềm
3
Chuyển động bằng phản lực
4
Xung lượng của lực
1
Động lượng
2
NỘI DUNG
1. HỆ CÔ LẬP
a. Định nghĩa:
 Một hệ vật gọi là hệ cô lập nếu chỉ có những lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau (gọi là nội lực) mà không có tác dụng của những lực từ bên ngoài hệ (gọi là ngoại lực), hoặc nếu có thì những lực này phải triệt tiêu lẫn nhau theo định luật III Niu – tơn.
Lưu ý:
Hệ cô lập còn gọi là hệ kín
Một hệ gồm ít nhất hai vật trở lên
b. Ví dụ hệ cô lập:
Xét hai bi tương tác không ma sát trên mặt phẳng ngang






Trường hợp này hệ được xem là hệ cô lập
p1
p2
F12
F21
N2
N1
2. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG CỦA HỆ CÔ LẬP
Xét hai hòn bi va chạm nhau như hình.
Trước va chạm:
Sau va chạm:
a. Ví dụ:
Gọi F12 là lực hòn bi m1 tác dụng lên m2 , F21 là lực mà m2 tác dụng lên m1. Theo định luật III Niutơn, ta có:
Áp dụng định luật II Niutơn cho từng vật ta được:
và
Gọi f1 và f2 là lực ma sát tác dụng lên m1 và m2 trong quá trình va chạm
Đối với vật m1
Mà:
Suy ra:
(1)
Tương tự, đối với vật m2:
Mà:
Suy ra:
(2)
Lấy (1) + (2) ta được:
Đặt:
Là tổng động lượng hệ trước va chạm
Và:
Là tổng động lượng hệ sau va chạm
Suy ra:
(3)
Nếu bỏ qua ma sát thì:
Khi đó:
Ta nói: Tổng động lượng của hệ được bảo toàn.
b. Định luật bảo toàn động lượng:
 Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn
T
I
h
d
c. Thí nghiệm kiểm chứng
Cho hòn bi thép lăn từ đỉnh một máng nghiêng, sau đó chuyển động ném ngang như hình.
Đo tầm xa IT ta xác định được vận tốc ban đầu của chuyển động ném ngang của hòn bi thép. Đó cũng là vận tốc hòn bi thép tại chân máng nghiêng.
Ta có: IT = v(2h/g)1/2
T
I
V
h
T`
Đặt hòn bi ve ở chân máng nghiêng và cho hòn bi thép lăn từ đỉnh máng nghiêng đến va chạm với hòn bi ve, hai hòn bi sau đó chuyển động ném ngang như hình:
Tương tự, bằng cách đo tầm xa IT/ và IV ta xác định được vận tốc ban đầu của chuyển động ném ngang, cũng chính là vận tốc của hai hòn bi sau va chạm.
IT/ = v1( 2h/g )1/2
IV = v2 ( 2h/g )1/2
Ta đo được
IT/ = � IT và IV = 3/2 IT
Suy ra: v1 = � v và v2 = 3/2 v
Động lượng của hệ trước va chạm:
P1 = 3m*v
Động lượng của hệ sau va chạm:
P2 =3m* � v + 3/2 m* v = 3m* v
Suy ra : P1 = P2
Như vậy: Nếu ma sát không đáng kể, tức thỏa mãn điều kiện hệ kín, động lượng của hệ bảo toàn.
3. VA CHẠM MỀM
M1
= 0
Trước khi va chạm:
M1
Sau khi va chạm:
Vật M1 chuyển động trên mặt ngang nhẵn với vận tốc v1 , đến va chạm với một vật có khối lượng M2 đang nằm yên trên mặt phẳng ngang ấy, sau va chạm 2 vật nhập làm 1, chuyển động với vận tốc v.
Đây là một hệ cô lập. Vì sao?
Va chạm của hai vật M1 và M2 gọi là va chạm mềm
V=?
Động lượng của hệ trước va chạm:
+ = m1 + = m1
Động lượng của hệ sau va chạm:
+ = m1 + m2
Vì không có ma sát nên các ngoại lực tác dụng có các trọng lực và các phản lực cân bằng nhau, hệ (m1, m2) là một hệ cô lập. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
+ = +  m1 = (m1 + m2)  =
Va chạm trên đây của hai vật M1 và M2 được gọi là va chạm mềm.
4. CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHẢN LỰC
Tên lửa chuyển động được do đâu?
a. Định nghĩa:
Chuyển động như trên gọi là chuyển động bẳng phản lực. Vậy chuyển động bằng phản lực là gì?
 Định nghĩa: Chuyển động bằng phản lực là chuyển động của vật tự tạo ra phản lực bằng cách phóng về một hướng một phần của chính nó, phần còn lại chuyển động theo hướng ngược lại.
b. Xét ví dụ chuyển động của tên lửa:
Giả sử ban đầu tên lửa đứng yên. Động lượng ban đầu của cả tên lửa = 0. Sau khi lượng khí khối lượng m0 phụt ra phía sau với vận tốc là v thì tên lửa khối lượng M chuyển động với vận tốc V. Động lượng của hệ lúc đó là:
m0 : khối lượng khí phụt ra
v : v?n t?c c?a kh?i khí
M : khối lượng của tên lửa
V : vận tốc của tên lửa
Hãy áp dụng định luật bảo toàn định lượng để giải thích cho sự chuyển động của tên lửa trong ví dụ trên?
BÀI TẬP CỦNG CỐ
CÂU HỎI
CÂU 1
Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải để được một câu có nội dung đúng:
1. Vecto động lượng
2. Với một hệ cô lập thì
3. Nếu hình chiếu lên phương z của tổng ngoại lực tác dụng lên hệ vật bằng 0
a) Động lượng của hệ được bảo toàn
b) Cùng hướng với vận tốc
c) Thì hình chiếu lên phương z của tổng động lượng của hệ bảo toàn
ĐÁP ÁN
CÂU 2
Một vật có khối lượng 1kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0.5 s. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu?
A. 5,0 kg.m/s
B. 4,9 kg.m/s
C. 10 kg.m/s
D. 0,5 kg.m/s
ĐÁP ÁN
CÂU 3
Trong quá trình nào sau đây, động lượng của ôtô được bảo toàn:
A/ Ô tô tăng tốc
B/ Ô tô giảm tốc
C/ Ô tô chuyển động tròn đều
D/ Ô tô chuyển động thẳng đều trên đường có ma sát
ĐÁP ÁN
BIÊN SOẠN:
TỔ VẬT LÝ TRƯỜNG PTTH CHU VĂN AN