Bài 29. Định luật bảo toàn động lượng A/ Câu hỏi đầu bài
Câu hỏi trang 113 SGK Vật Lí 10: Một người đang ở trong một chiếc thuyền nhỏ đứng yên, tại sao thuyền bị lùi lại khi người đó bước lên bờ?
Trả lời:
Khi người bước lên bờ đã truyền trạng thái chuyển động sang cho con thuyền làm cho thuyền chuyển động lùi lại.
- Khi người bước lên bờ, người có vận tốc v , thuyền có vận tốc ng vth
- Tổng động lượng của người và thuyền là:
ng th
ng th
m .v +m .v =0
ng ng th
th
v m .v
= − m
Vậy nên khi người bước lên bờ thì thuyền chuyển động ngược hướng với người, tức lùi ra xa bờ.
B/ Câu hỏi giữa bài
I. Định luật bảo toàn động lượng 1. Hệ kín (hay hệ cô lập)
Câu hỏi trang 113 SGK Vật Lí 10: Hãy cho ví dụ về hệ kín.
Trả lời:
Ví dụ:
- Hệ tên lửa+khí phụt ra.
- Hệ súng+đạn khi bắn.
- Hệ hai xe va chạm nhau trên đệm khí.
2. Định luật bảo toàn động lượng
Câu hỏi 1 trang 114 SGK Vật Lí 10: Một hệ gồm hai vật có khối lượng lần lượt là m1 và m2, chuyển động với vận tốc có độ lớn lần lượt là v1 và v2 hướng vào nhau.
Bỏ qua mọi ma sát và lực cản của không khí. Viết biểu thức của định luật bảo toàn động lượng cho hệ này.
Trả lời:
Động lượng của hệ: p =m v1 1+m v2 2 = hằng số.
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật 1 thì vật 2 chuyển động ngược chiều vật 1 tức là chuyển động theo chiều âm.
Suy ra động lượng của hệ có độ lớn: p=m v1 1−m v2 2 II. Va chạm mềm và va chạm đàn hồi
1. Va chạm đàn hồi
Câu hỏi 2 trang 114 SGK Vật Lí 10: Hãy tính động lượng và động năng của hệ trước và sau va chạm đàn hồi. (Hình 29.1)
Trả lời:
Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của xe A, ta có:
Động lượng của hệ trước va chạm:
t A A B B t A A B A
p =m v +m v p =m v +m .0=m .v=mv Động lượng của hệ sau va chạm:
s A A B B s A B B B
p =m v ' m v '+ p =m .0+m v '=m .v=mv
Động năng của hệ trước va chạm: dt dA dB 1 A 2 1 2
W W W m v mv
2 2
= + = =
Động năng của hệ sau va chạm: ds dA dB 1 B 2B 1 B 2 1 2
W W ' W ' m v m v mv
2 2 2
= + = = =
Hai xe giống nhau nên mA = mB = m
Câu hỏi 3 trang 114 SGK Vật Lí 10: Từ kết quả tính được rút ra nhận xét gì?
Trả lời:
Từ kết quả ta thấy động lượng của hệ trước va chạm bằng động lượng của hệ sau va chạm Động lượng của hệ va chạm đàn hồi được bảo toàn.
Động năng của hệ trước va chạm bằng động năng của hệ sau va chạm Động năng của hệ va chạm đàn hồi được bảo toàn.
2. Va chạm mềm
Câu hỏi 1 trang 115 SGK Vật Lí 10: Hãy tính động lượng và động năng của hệ trong Hình 29.2 trước và sau va chạm.
Trả lời:
Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của xe A, ta có:
Động lượng của hệ trước va chạm: pt =m vA A +m vB B pt =m vA A +m .0B =m.v
Động năng của hệ trước va chạm: dt dA dB 1 2
W W W mv
= + =2
Động lượng của hệ sau va chạm: s A A B B s A v B v
p m v ' m v ' p m m mv
2 2
= + = + =
Động năng của hệ sau va chạm:
( )
22 2 2
ds dA dB A A B B A B
1 1 1 v 1
W W ' W ' m v ' m v ' m m . mv .
2 2 2 4 4
= + = + = + =
Câu hỏi 2 trang 115 SGK Vật Lí 10: Từ kết quả tính được rút ra nhận xét gì?
Trả lời:
Từ kết quả ta thấy động lượng của hệ trước va chạm bằng động lượng của hệ sau va chạm Động lượng của hệ va chạm mềm được bảo toàn.
Động năng của hệ trước va chạm khác động năng của hệ sau va chạm Động năng của hệ va chạm mềm không bảo toàn.
Câu hỏi 3 trang 115 SGK Vật Lí 10: Trong Hình 29.3, nếu kéo bi (1) lên thêm một độ cao h rồi thả ra. Con lắc sẽ rơi xuống và va chạm với hai con lắc còn lại. Hãy dự đoán xem va chạm là va chạm gì. Con lắc (2), (3) lên tới độ cao nào? Làm thí nghiệm để kiểm tra.
Trả lời:
Va chạm của các con lắc là va chạm đàn hồi.
Con lắc (3) lên tới vị trí B, con lắc (2) đứng yên.
HS tự làm thí nghiệm để kiểm tra.
Em có thể trang 115 SGK Vật Lí 10: Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải thích:
1. Tại sao hai người đang đứng yên trên sân băng bị lùi ra xa nhau khi họ dùng tay đẩy vào nhau (Hình 29.4).
2. Tốc độ lùi của mỗi người có khối lượng khác nhau thì khác nhau.
Trả lời:
Hệ 2 người được coi là hệ kín.
Ban đầu 2 người đứng yên nên động lượng của hệ bằng 0.
Khi họ đẩy ta vào nhau thì xảy ra va chạm đàn hồi, sau va chạm người 1 chuyển động với vận tốc v1, người 2 chuyển động với vận tốc v2.
Theo bảo toàn động lượng ta có: t s 1 1 2 2 2 1 1
2
p p 0 m v m v v m v
= = + = −m
Như vậy dấu “-“ trong biểu thức cho biết 2 người sẽ chuyển động ngược chiều (ra xa) nhau.
2. Do mỗi người có khối lượng khác nhau nên động lượng của họ sẽ khác nhau dẫn đến tốc độ lùi của mỗi người cũng khác nhau.
