Lý thuyết động lượng, bảo toàn động lượng, vật lí lớp 10

Động lượng là gì? 

Động lượng là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của vật. Động lượng \[\vec{p}\] của một vật khối lượng m chuyển động với vận tốc \[\vec{v}\] được xác định bằng biểu thức \[\vec{p}=m.\vec{v} \]

Lý thuyết động lượng, bảo toàn động lượng, vật lí lớp 10
Sau va chạm bi trắng giảm vận tốc, đổi hướng, bi đen nhận chuyển động từ bi trắng chuyển trạng thái từ đứng yên sang chuyển động.
Lý thuyết động lượng, bảo toàn động lượng, vật lí lớp 10
Khối lượng 2 bi bằng nhau, sau va chạm bi trắng đứng yên (bỏ qua chuyển động xoay tròn), bi xanh tiếp tục chuyển động theo hướng của bi trắng => chuyển động của bi trắng đã truyền toàn bộ cho bi xanh.

Trong hai ví dụ ở trên ta rút ra được kết luận trong quá trình va chạm của các vật, sự biến đổi vận tốc của các vật trước và sau khi tương tác phụ thuộc vào khối lượng của hai vật, độ lớn, hướng của vận tốc của các vật → Khái niệm động lượng dùng để giải quyết các bài toán va chạm.

Biến thiên động lượng

Lý thuyết động lượng, bảo toàn động lượng, vật lí lớp 10

vật m chuyển động với vận tốc $v_{1 }$đến va chạm với bức chắn sau đó bị bật ngược trở lại với vận tốc v2

Biến thiên động lượng của một vật khối lượng m1

\[\Delta \vec{p}=\vec{p^{/}_{1}}-\vec{p_{1}}\] = \[m_1(\vec{v^{/}_{1}}-\vec{v_{1}})\]

Biến thiên động lượng của hệ hai vật m1; m2

\[\Delta \vec{p}=\vec{p^{/}_{1}}-\vec{p_{1}}\] + \[\vec{p^{/}_{2}}-\vec{p_{2}}\]

= \[m_1(\vec{v^{/}_{1}}-\vec{v_{1}})\] + \[m_2(\vec{v^{/}_{2}}-\vec{v_{2}})\]

Trong đó

  • m1; m2: lần lượt là khối lượng của vật 1, vật 2(kg)
  • \[\vec{v_1}\]; \[\vec{v_2}\]: lần lượt là vận tốc của vật 1, vật 2 trước biến cố (m/s)
  • \[\vec{v^{/}_1}\]; \[\vec{v^{/}_2}\] : lần lượt là vận tốc của vật 1, vật 2 sau biến cố (m/s)
  • \[\vec{p_1}=m_1\vec{v_1}\]; \[\vec{p_2}=m_1\vec{v_2}\]: động lượng của vật 1, vật 2 trước biến cố (kg.m/s)
  • \[\vec{p^{/}_1}=m_1\vec{v^{/}_1}\]; \[\vec{p^{/}_2}=m_1\vec{v^{/}_2}\]: động lượng của vật 1, vật 2 sau biến cố (kg.m/s)
  • $\Delta p$: biến thiên động lượng của vật hoặc hệ vật
  • \[\vec{F}.\Delta t\] = $\Delta \vec{p}$ gọi  là xung lượng của lực (gọi tắt là xung lượng hoặc xung lực)

Ý nghĩa vật lí xung lượng của lực (xung lực):

xung lượng của lực bằng biến thiên động lượng của vật, trong vật lí cổ điển khối lượng của vật không thay đổi khi chuyển động => sự thay đổi vận tốc của vật cả về hướng và độ lớn phụ thuộc vào hướng, độ lớn của lực tác dụng và thời gian lực tác dụng.

Lý thuyết động lượng, bảo toàn động lượng, vật lí lớp 10
Trò chơi giật khăn trải bàn không làm đổ các vật đặt ở trên giúp ta hiểu rõ hơn về ý nghĩa xung lượng của lực

Với một lực kéo nhẹ vừa đủ cộng với thời gian lâu (kéo từ từ) ta có thể làm cho các vật trên bàn bị rơi xuống đất. Với một lực kéo mạnh và thật nhanh (thời gian tác dụng của lực ngắn) ta có thể rút chiếc khăn trải bàn ra mà không làm rơi các đồ vật đặt ở trên.

xung lượng của lực \[\vec{F}.\Delta t\] bằng độ biến thiên động lượng $$\Delta \vec{p}$$ của vật cho tác biết tác dụng của lực \[\vec{F}\] lên vật trong khoảng thời gian Δt.
Hệ cô lập: là hệ gồm các vật trong hệ chỉ tương tác với nhau mà không tương tác với các vật bên ngoài hệ hoặc hợp của các lực bên ngoài hệ tác dụng vào các vật bên trong hệ bằng không.

Định luật bảo toàn động lượng

Đối với hệ cô lập biến thiên động lượng của hệ bằng 0 hay động lượng của các vật trong hệ được bảo toàn. Biểu thức

\[\Delta \vec{p} =0\] =>

\[\vec{p_{1}}+\vec{p_{2}}\] = \[\vec{p^{/}_{1}}+\vec{p’_{2}}\]

\[m_1\vec{v_{1}}+ m_2\vec{v_{2}}\] = \[m_1\vec{v^{/}_{1}}+m_2\vec{v^{/}_{2}}\]

→ Động lượng của hệ trước tương tác = động lượng của hệ sau tương tác