Vật Lý 10 KNTT Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

a. Hệ kín (hay hệ cô lập)

- Một hệ nhiều vật được gọi là hệ kín khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các lực ấy cân bằng nhau. 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 từng đổi một.

b. Định luật bảo toàn động lượng

- Xét một hệ kín gồm hai vật trượt trên một đệm khí đến va chạm với nhau. Vì các lực \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \) là cặp nội lực trực đối nhau, nên theo định luật III Newton, ta viết:

\(\overrightarrow {{F_1}} \) = - \(\overrightarrow {{F_2}} \)            (29.1)

- Dưới tác dụng của các lực \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \), trong khoảng thời gian \(\Delta t\), động lượng của mỗi vật có độ biến thiên lần lượt là \(\Delta \overrightarrow {{p_1}} \) và \(\Delta \overrightarrow {{p_2}} \)

- Áp dụng công thức \(\overrightarrow {{F}} \Delta t = \Delta \overrightarrow p \) cho từng vật, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}
\overrightarrow {{F_1}} \Delta t = \Delta \overrightarrow {{p_1}} \\
\overrightarrow {{F_2}} \Delta t = \Delta \overrightarrow {{p_2}} 
\end{array} \right.\)    (29.2)

- Từ (29.1) và (29.2), suy ra:

\(\Delta \overrightarrow {{p_1}}  =  - \Delta \overrightarrow {{p_2}} \) hay \(\Delta \overrightarrow {{p_1}}  + \Delta \overrightarrow {{p_2}}  = \overrightarrow 0 \)

- Gọi \(\Delta \overrightarrow {{p_1}}  + \Delta \overrightarrow {{p_2}}  = \overrightarrow 0 \) là động lượng toàn phần của hệ. Ta có biến thiên động lượng toàn phần của hệ bằng tổng các biến thiên động lượng của mỗi vật: \(\Delta \overrightarrow p  = \Delta \overrightarrow {{p_1}}  + \Delta \overrightarrow {{p_2}}  = \overrightarrow 0 \)

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

\(\overrightarrow p  = {\overrightarrow p _1} + {\overrightarrow p _2}\) = không đổi

- Kết quả này có thể mở rộng cho hệ kín gồm nhiều vật.

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

- Phát biểu trên được gọi là định luật bảo toàn động lượng.

- Định luật bảo toàn động lượng có nhiều ứng dụng thực tế: giải các bài toán va chạm, làm cơ sở cho nguyên tắc chuyển động phản lực.

Có hai kiểu va chạm thường gặp là va chạm đàn hồi và va chạm mềm.

a. Va chạm đàn hồi

Hình 29.1 mô tả một thí nghiệm về va chạm đàn hồi.

Hình 29.1. 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 vận tốc v_A = v tới va chạm với xe Bđang đứng yên. Kết quả của va chạm làm xe A đang chuyển động thì dừng lại, còn xe B đang đứng yên thì chuyển động với đúng vận tốc V'_B = v.

- Va chạm như thế gọi là va chạm đàn hồi.

b. Va chạm mềm

- Hình 29.2 mô tả một thí nghiệm về va chạm mềm.

Hình 29.2. 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 vận 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 = v/2. Kiểu va chạm “dính” này gọi là va chạm mềm.

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

Hướng dẫn giải

*Cách 1:

Ta có, biến thiên động lượng thì bằng xung lượng của lực:

\(\Delta \overrightarrow p  = \overrightarrow F \Delta t \Leftrightarrow m\overrightarrow v  - m\overrightarrow {{v_0}}  = \overrightarrow F \Delta t\) 

Mặt khác, theo đầu bài ta có: \({v_0} = 0m/s\) (do ban đầu nằm yên)

Ta suy ra:

\(\begin{array}{l}m\overrightarrow v  - \overrightarrow 0  = \overrightarrow F \Delta t \Rightarrow m\overrightarrow v  = \overrightarrow F \Delta t\\ \Rightarrow mv = F.\Delta t\\ \Rightarrow v = \dfrac{{F.\Delta t}}{m} = \dfrac{{50.0,01}}{{0,1}} = 5m/s\end{array}\)

*Cách 2:

Theo định luật II Newton ta có:

\(a = \frac{F}{m} = \frac{{50}}{{0,1}} = 500(m/s^2)\)

Lại có: \(v = {v_0} + at = 0 + 500.0,01 = 5(m/s)\)

(vật ban đầu nằm yên nên \({v_0}=0\))

Bài 2: Một vật khối lượng 0,7 kg đang chuyển động theo phương ngang với tốc độ 5 m/s thì va chạm vào bức tường thẳng đứng. Nó nảy ngược trở lại với tốc độ 2 m/s. Chọn chiều dương là chiều bóng nảy ra. Độ thay đổi động lượng của nó là:

A. 3,5 kg.m/s  

B. 24,5 kg.m/s   

C. 4,9 kg.m/s  

D. 1,1 kg.m/s

Hướng dẫn giải

Độ biến thiên động lượng: Δp = p₂ - p₁ = mv₂ - (-mv₁)= 4,9 kg.m/s.

Bài 3: Một quả bóng có khối lượng m = 300g va chạm vào tường và nảy trở lại với cùng vận tốc. Vận tốc của bóng nước va chạm là + 5m/s. Độ biến thiên động lượng của bóng là:

A. 1,5 kg.m/s               

B. -3 kg.m/s    

C. -1,5 kg.m/s      

D. 3 kg.m/s

Hướng dẫn giải

Độ biến thiên động lượng:

Δp = p₂ - p₁ = - mv - mv = -2mv = -3 kg.m/s.

Sau bài học này, học sinh có thể:

- Nêu được khái niệm hệ cô lập và lấy ví dụ về hệ cô lập.

- Phát biểu được định luật bảo toàn động lượng đối với hệ cô lập.

- Viết được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng đối với hệ gồm hai vật.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 29 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Tại thời điểm \({{\rm{t}}_0}{\rm{ = 0}}\), một vật m = 500g rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao 80m xuống đất với g=10m/s². Động lượng của vật tại thời điểm t = 2s có

  

  • A. độ lớn 10kg.m/s; phương thẳng đứng chiều từ dưới lên trên.
  • B. độ lớn 10.000kg.m/s; phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới.
  • C. độ lớn 10kg.m/s; phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới.
  • D. độ lớn 10.000kg.m/s; phương thẳng đứng chiều từ dưới lên trên.

• Câu 2:

  Từ độ cao h = 80 m, ở thời điểm \({{\rm{t}}_0}{\rm{ = 0}}\) một vật m = 200g được ném ngang với vận tốc ban đầu \({v_0} = 10\sqrt 3 \) m/s, gia tốc trọng trường g = 10m/s². Động lượng của vật ở thời điểm t = 1s có

  

  • A. độ lớn \(2\sqrt 3 \)kg.m/s; hướng xuống phía dưới tạo với phương ngang một góc \(\beta \)= 60°.
  • B. độ lớn 4kg.m/s; hướng xuống phía dưới tạo với phương ngang một góc \(\beta \) = 30°.
  • C. độ lớn 4kg.m/s; hướng xuống phía dưới tạo với phương ngang một góc \(\beta \) = 60°.
  • D. độ lớn \(2\sqrt 3 \)kg.m/s; hướng xuống phía dưới tạo với phương ngang một góc \(\beta \) = 30°.

• Câu 3:

  Một vật m = 200g chuyển động tròn đều tâm O trong mặt phẳng Oxy với tốc độ góc \(\omega = \pi \) (rad/s) như hình vẽ, thời điểm t₀ = 0 vật có tọa độ (-5; 0). Động lượng của vật tại thời điểm t = 0,5s có

  

  • A. độ lớn 0,0314kg.m/s; chiều là chiều âm của Ox.
  • B. độ lớn 0,314kg.m/s; chiều là chiều âm của Oy.
  • C. độ lớn 0,314kg.m/s; chiều là chiều dương của Oy.
  • D. độ lớn 0,0314kg.m/s; chiều là chiều dương của Ox.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 29 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi trang 113 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 114 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 114 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 115 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 115 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.1 trang 55 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.2 trang 55 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.3 trang 55 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.4 trang 55 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.5 trang 55 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.6 trang 55 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.7 trang 56 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.8 trang 56 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.9 trang 56 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.10 trang 56 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 29.11 trang 56 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!