Động lượng là một trong những nội dung kiến thức quan trọng và cũng đặc biệt khó trong chương trình Vật Lý lớp 10. Cùng tìm hiểu động lượng là gì, công thức và định luật bảo toàn động lượng ngay sau đây để giúp các em có thể làm tốt dạng bài tập này.
Giới thiệu về động lượng
Động lượng là gì? Đơn vị của động lượng là gì?
Động lượng của chất điểm là đại lượng vectơ xác định bằng tích khối lượng với vận tốc của chất điểm đó.
Công thức động lượng được biểu diễn như sau: p=mv
Động lượng có đơn vị là gì? Đơn vị của động lượng là kg.m/s
Xung lượng của lực
Trường hợp nếu như có một lực F tác dụng lên vật bất kỳ trong khoảng thời gian t, thì F.t được biểu thị cho xung lượng của lực F này ở trong khoảng thời gian đã được đề cập ấy.
Một số phát biểu khác của định luật II Newton
Giữa động lượng và xung lượng vật có mối quan hệ trực tiếp với nhau, chúng được biểu diễn cụ thể bở những phương trình sau: p=F.t.
Trong đó:
- t: Là độ biến thiên thời gian (có đơn vị là s)
- p: Là độ biến thiên động lượng (đơn vị là kg.m/s)
- F: Là lực tác dụng lên vật (có đơn vị là N)
Khi một lực đủ mạnh tác động lên một vật bất kỳ ở khoảng thời gian cụ thể sẽ giúp cho động lượng của vật xảy ra biến thiên.
Momen động lượng là gì?
Mômen động lượng là tính chất mô men được gắn liền với vật thể ở trong chuyển động quay nhằm đo mức độ và phương hướng quay của vật so với một tâm quay nhất định.
Momen động lượng là đại lượng động học được đặc trưng cho chuyển động quay của vật rắn ở quanh một trục, có kí hiệu là L. Công thức tính momen động lượng như sau: L = Iω Đơn vị tính :(kg.m2/s).
Định luật bảo toàn động lượng
Định luật bảo toàn động lượng là nội dung đặc biệt quan trọng mà các em học sinh cần phải ghi nhớ, cũng như phải hiểu thật rõ để vận dụng được vào việc giải bài tập liên quan tới phần kiến thức này.
Hệ cô lập
Hệ cô lập bất kỳ được gọi là hệ cô lập khi và chỉ khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hay nếu có thì những ngoại lực này cần phải cân bằng với nhau.
Ở hệ cô lập sẽ chỉ tồn tại nội lực, nhưng lực này được tương tác giữa các vật có trong hệ trực được đối với nhau theo từng đôi.
Định luật bảo toàn động lượng hệ cô lập
Động lượng của hệ cô lập chính là đại lượng được bảo toàn: p1+p2+pn=không đổi.
Biểu thức định luật ứng với hệ cô lập gồm có 2 vật là m1 và m2 được biểu diễn như sau: p1+p2=const hay m1V1+m2V2=m1V1’+m2V2′
Trong đó:
- m1V1 và m2V2: là động lượng của vật 1, vật 2 trước khi xảy ra các tương tác.
- m1V1′ và m2V2’: là động lượng của vật 1 và vật 2 sau khi đã xảy ra tương tác.
Xem thêm: Vận tốc tức thời là gì? Đơn vị, công thức tính vận tốc tức thời
Va chạm mềm
Va chạm mềm là những va chạm không đàn hồi, sau khi va chạm 2 vật sẽ được gắn chặt vào với nhau, có chuyển động cùng với vận tốc giống nhau.
KHi đó, theo định luật bảo toàn động lượng, ta có như sau:
m1V1=(m1+m2)vv=m1V1m1+m2.
Va chạm của 2 vật được diễn ra như vậy được gọi là va chạm mềm.
Lưu ý: v1,v2,V là những giá trị có thể âm, dương hoặc bằng 0, tùy vào từng từng trường hợp cụ thể, cũng như hệ quy chiếu để chọn.
Một số ứng dụng cơ bản của định luật bảo toàn động lượng
Định luật bảo toàn động lượng được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống như:
- Chuyển động bằng phản lực: Ở trong 1 hệ kín bất kỳ đứng yên, nếu như một phần của hệ này được chuyển động theo hướng bất kỳ thì phần còn lại của hệ sẽ phải chuyển động theo hướng ngược lại, điều này là bắt buộc. Những chuyển động như thế này được gọi là chuyển động bằng phản lực.
- Súng giật khi bắn: Được dựa theo định luật bảo toàn động lượng, trước khi bắn thì động lượng của hệ bằng không, vì thế nên sau khi bắn, ta có V=-mMv. Như vậy có nghĩa là súng chuyển động ngược chiều với đạn, vì thế nên xảy ra hiện tượng“giật”.
Xem thêm: Dao động tắt dần là gì? Nguyên nhân, ứng dụng, công thức tính
Một số bài tập cơ bản về định luật bảo toàn động lượng
Bài tập 1: Ta có 2 viên bi với khối lượng lần lượt 1kg và 2kg được chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang và ngược chiều nhau. Vận tốc của chúng lần lượt là 2m/s và 2,5 m/s. Sau khi bị va chạm, hai xe sẽ dính vào nhau, và được chuyển động với cùng một vận tốc. Bạn hãy tìm độ lớn và chiều của vận tốc này, bỏ qua mọi lực cản.
Hướng dẫn:
Dựa theo định luật bảo toàn động lượng, ta có:
m1V1=(m1+m2)v => v=(m1.V1) : (m1+m2)
v=(1,2-2.2,25)/(1+2)= -1(m/s)
Sau va chạm thì hai vật chuyển động với vận tốc -1 m/s, đồng thời chuyển động ngược chiều so với vận tốc ban đầu của vật.
Bài tập 2: Ta có búa máy với khối lượng là 300kg được rơi tự do từ độ cao 31,25m vào một cái cọc với khối lượng 100kg. Va chạm giữa búa và cọc chính là va chạm mềm. Bỏ qua đi sức cản của không khí, ta lấy g = 10m/s. Yêu cầu tính vận tốc của búa và cọc sau cú va chạm.
Hướng dẫn:
Ta có vận tốc của búa trước lúc va chạm với cọc như sau:
v1=2gh=2.10.31,25=25 (m/s)
Ta chọn chiều dương chính là chiều chuyển động của búa trước lúc bị va chạm. Dựa theo định luật bảo toàn động lượng ta có:
m1V1=(m1+m2)v
Thực hiện chiếu lên chiều dương ta có:
v=m1v1m1+m2= 300.25300+100=18,75(m/s)
Bài tập 3: Ta có 1 viên đạn với khối lượng là 1kg đang bay theo phương thẳng đứng với vận tốc 500 m/s thì lại bị nổ thành 2 mảnh với khối lượng bằng nhau. Mảnh thứ nhất bị bay theo phương ngang với vận tốc là 500√2 m/s. Vậy mảnh thứ 2 sẽ bay theo phương nào, vận tốc là bao nhiêu?
Hướng dẫn:
Ta xét hệ 2 mảnh đạn trong lúc nổ, đây là hệ kín do đó ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng.
Hướng dẫn:
Động lượng trước khi đạn nổ:
Có thể thấy động lượng là phần kiến thức có phần hơi phức tạp, cũng như đòi hỏi sự tập trung cao mới có thể hiểu hết được các phần lý thuyết. Hy vọng, những chia sẻ trên đây mà chúng tôi mang tới đã giúp các em có thể hiểu được động lượng là gì, cũng như những kiến thức cơ bản về động lượng để có thể chinh phục được dễ dàng dạng bài tập này.
