Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

Khởi động

Câu hỏi khởi động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 113: 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:

- Lực đẩy Ác-si-mét cân bằng với trọng lực của “người + thuyền”: nên hệ có thể được coi là hệ kín và có tổng động lượng trước khi người bước lên bờ bằng $\underset{0}{\rightarrow}$

 Khi người bước lên bờ, người có vận tốc $\underset{v_{ng}}{\rightarrow}$, thuyền có vận tốc $\underset{v_{th}}{\rightarrow}$

- Tổng động lượng của người và thuyền là: $m_{ng}.\underset{v_{ng}}{\rightarrow}+m_{th}.\underset{v_{th}}{\rightarrow}=\underset{0}{\rightarrow}\Rightarrow \underset{v_{th}}{\rightarrow}=-\frac{m_{ng}.\underset{v_{ng}}{\rightarrow}}{m_{th}}$

- Vậy nên khi người bước lên bờ thì thuyền chuyển động ngược hướng với người, tức lùi ra xa bờ.

I. Định luật bảo toàn động lượng

1. Hệ kín (hay hệ cô lập)

Câu hỏi mục 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 113: Hãy cho ví dụ về hệ kín

Trả lời:

* Ví dụ:

- Hệ gồm tên lửa và nhiên liệu khi được phóng

- Hệ gồm hai viên bi lăn trên mặt phẳng nằm ngang đến va chạm với nhau, ma sát vô cùng nhỏ, trọng lực cân bằng với phản lực của mặt phẳng nằm ngang.

- Hai xe va chạm nhau trên đệm khí

- Hệ tên lửa+khí phụt ra.

- Hệ súng + đạn khi bắn.

2. Định luật bảo toàn động lượng

Câu hỏi mục 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 114: 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:

- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, ta có: $\underset{P}{\rightarrow}=\underset{P1}{\rightarrow}+\underset{P2}{\rightarrow}=m_{1}.\underset{v_{1}}{\rightarrow}+m_{2}.\underset{v_{2}}{\rightarrow}$

=> Chiếu lên chiều dương của chuyển động, ta có: p=m₁.v₁−m₂.v₂

II. Va chạm đàn hồi và va chạm mềm

1. Va chạm đàn hồi

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 114: Hãy tính động lượng và động năng của hệ trước và sau va chạm đàn hồi. (hình 29.1)

Trả lời:

- Trước va chạm:

+ Động lượng của hệ: p = m_A.v_A + m_B.v_B = m_A.v

+ Động năng của hệ:W_đ = $\frac{1}{2}m_{A}.v_{A}^{2}+\frac{1}{2}m_{B}.v_{B}^{2}=\frac{1}{2}m_{A}.v^{2}$

- Sau va chạm:

+ Động lượng của hệ: $p'=m_{A}.v'_{A}+m_{B}.v'_{B}=m_{B}.v$

+ Động năng của hệ: W_đ'=m_A.v'_A²+$\frac{1}{2}$m_B.v'_B²=$\frac{1}{2}$m_B.v²

Từ kết quả tính được, ta thấy trong va chạm đàn hồi, động lượng được bảo toàn, năng lượng được bảo toàn. Nếu vật A chuyển động va chạm đàn hồi với vật B đang đứng yên thì sau va chạm động năng và động lượng của vật A sẽ truyền hết cho vật B.

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 114: Từ kết quả tính được rút ra nhận xét gì?

Trả lời:

- Từ kết quả tính được, ta thấy trong va chạm đàn hồi, động lượng được bảo toàn, năng lượng được bảo toàn.

2. Va chạm mềm

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 115: Hãy tính động lượng và động năng của hệ trong Hình 29.2 trước và sau va chạm.

Trả lời:

- Trước va chạm:

+ Động lượng của hệ: p = m_A.v_A + m_B.v_B = m_A.v

+ Động năng của hệ: $W_{đ}=\frac{1}{2}m_{A}.\upsilon _{A}^{2}+\frac{1}{2}m_{B}.\upsilon _{B}^{2}=\frac{1}{2}m_{A}.V^{2}$

- Sau va chạm:

+ Động lượng của hệ: $P'=(m_{A}+m_{B})V_{AB}=(m_{A}+m_{B})\frac{\upsilon }{2}$

+ Động năng của hệ: $w_{d}'=\frac{1}{2}(m_{A}+m_{B}).\upsilon _{AB}^{2}=\frac{1}{2}(m_{A}+m_{B}).(\frac{\upsilon }{2})^{2}$

* Nhận xét: Sau khi va chạm mềm thì hai vật dính vào nhau tạo, chuyển động với cùng một vật tốc trong đó một phần động năng và động lượng của vật A sẽ được truyền sang cho vật B.

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 115: Từ kết quả tính được rút ra nhận xét .

Trả lời:

- Sau khi va chạm mềm thì hai vật dính vào nhau tạo, chuyển động với cùng một vật tốc trong đó một phần động năng và động lượng của vật A sẽ được truyền sang cho vật B.

Câu hỏi 3 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 29 trang 115: 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 trên là va chạm đàn hồi.

- Con lắc (2) sẽ đứng yên tại vị trí cũ, con lắc (3) lên tới độ cao h. Vì sau va chạm, động lượng và động năng của viên bi (1) sẽ truyền hết cho con lắc (2), sau đó con lắc (2) sẽ lập tức truyền hết động lượng và động năng cho con lắc (3), giúp con lắc (3) lên được độ cao h (tại vị trí B).