Lý thuyết Vật lý 10 bài 29 KNTT

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 đôi 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 \(\Delta \overrightarrow {{p_1}};\Delta \overrightarrow {{p_2}}\)

- 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 B đang 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.

C. Trắc nghiệm Vật lý 10 bài 29