Động lượng - Vật lý 10

Định nghĩa:

- Động lượng của vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{v}$  là đại lượng được xác định bởi công thức $\overrightarrow{p}=m.\overrightarrow{v}$.

- Về mặt toán học, động lượng là tích giữa một vectơ (vận tốc $\overrightarrow{v}$) và một số thực (khối lượng $m$ của vật). Do khối lượng không bao giờ âm, nên động lượng của vật cùng chiều với vận tốc.

- Về độ lớn, động lượng được xác định bởi công thức: $p=m.v$.

Chú thích:

$\overrightarrow{p}$: là động lượng của vật $(kg.m/s)$.

$m$: khối lượng của vật $\left(kg\right)$.

$\overrightarrow{v}$: vận tốc của vật $(m/s)$.

Khái niệm:

Độ biến thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

Độ biến thiên động lượng còn là hiệu số giữa động lượng lúc sau so với động lượng lúc đầu.

Chú thích:

$∆\overrightarrow{p}$: độ biến thiên động lượng của vật $(kg.m/s)$.

$\overrightarrow{p_1}$: động lượng lúc sau của vật $(kg.m/s)$.

$\overrightarrow{p_0}$: động lượng lúc đầu của vật $(kg.m/s)$.

$\overrightarrow{F}.∆t$: xung lượng của lực $F$ tác dụng lên vật trong thời gian $\Delta t$ $(N.s)$

$\overrightarrow{F}$: lực tác dụng $\left(N\right)$.

$\Delta t$: độ biến thiên thời gian - thời gian tương tác $\left(s\right)$.

1. Hệ kín:

Định nghĩa : Hệ kín là hệ chỉ có vật trong hệ tương tác với nhau mà không tương tác với các vật ngoài hệ hoặc các ngoại lực tác dụng vào hệ cân bằng nhau.

2.ĐInh luật bảo toàn động lượng

Phát biểu:

Trong một hệ kín, tổng động lượng của hệ là một hằng số. Nói cách khác, tổng động lượng của hệ trước tương tác bằng tổng động lượng của hệ sau tương tác.

Chú thích:

$\overrightarrow{p_1}$: động lượng của vật thứ 1 trước tương tác $(kg.m/s)$

$\overrightarrow{p_2}$: động lượng của vật thứ 2 trước tương tác $(kg.m/s)$

${\overrightarrow{p_1}}^{\text{'}}$: động lượng của vật thứ 1 sau tương tác $(kg.m/s)$

${\overrightarrow{p_2}}^{\text{'}}$: động lượng của vật thứ 2 sau tương tác $(kg.m/s)$

Ứng dụng:

- Chuyển động bằng phản lực.

- Va chạm mềm, va chạm đàn hồi.

- Bài tập đạn nổ

Chú thích:

${\overrightarrow{V}}_{ten lua}$: vận tốc của tên lửa $(m/s)$.

${\overrightarrow{v}}_{nhien lieu}$: vận tốc của nhiên liệu phụt ra $(m/s)$.

$m$: khối lượng nhiên liệu phụt ra $\left(kg\right)$.

$M$: khối lượng tên lửa $\left(kg\right)$.

CHỨNG MINH CÔNG THỨC

Công thức trên được xây dựng dựa trên định luật bảo toàn động lượng: "Tổng động lượng của hệ trước tương tác bằng tổng động lượng của hệ sau tương tác". Trước khi phóng tên lửa đứng yên nên động lượng của hệ bằng 0.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, ta có:

$$\begin{gathered} \Sigma {\overrightarrow{p}}_{trước}=\Sigma {\overrightarrow{p}}_{sau} \\ \iff 0 = \Sigma {\overrightarrow{p}}_{sau} \\ \iff 0 ={\overrightarrow{p}}_{ten lua} + {\overrightarrow{p}}_{nhien lieu} \\ \iff 0 =M.{\overrightarrow{V}}_{ten lua} + m.{\overrightarrow{v}}_{nhien lieu} \\ \iff M.{\overrightarrow{V}}_{ten lua}= - m.{\overrightarrow{v}}_{nhien lieu} \\ \iff {\overrightarrow{V}}_{ten lua} = -\frac{m}{M}.{\overrightarrow{v}}_{nhien lieu} \end{gathered}$$

Các ví dụ khác:

Ngoài tên lửa ra tất cả những dạng chuyển động khác sử dụng bằng phản lực đề có thể dùng công thức này để giải quyết bài toán. Ví dụ như đại bác khai hỏa, đạn nổ v....v....

Súng chống tăng khai hỏa, nhiên liệu phụt về sau đẩy đầu đạn đi tới

Nhiên liệu phụt về phía sau đẩy tàu vũ trụ đi tới

Chú thích:

$F$: lực tác dụng lên vật $\left(N\right)$.

$∆p$: độ biến thiên động lượng $(kg.m/s)$.

$∆t$: độ biến thiên thời gian $\left(s\right)$.

$\Rightarrow \frac{∆p}{∆t}$: tốc độ biến thiên động lượng.

Cách phát biểu khác của định luật II Newton:

Nếu động lượng của một vật thay đổi, tức là nếu vật có gia tốc, thì phải có lực tổng hợp tác dụng lên nó. Thông thường khối lượng của vật không đổi và do đó tỉ lệ với gia tốc của vật. Đơn giản hơn, ta có thể nói: xung lượng của lực bằng độ biến thiên động lượng của vật.  

Chứng minh công thức:

$\overrightarrow{F}=\frac{∆\overrightarrow{p}}{∆t}=\frac{\overrightarrow{p_2}-\overrightarrow{p_1}}{∆t}=\frac{m.\overrightarrow{v_2}-m.\overrightarrow{v_1}}{∆t}=\frac{m(\overrightarrow{v_2}-\overrightarrow{v_1})}{∆t}=m.\overrightarrow{a}$

Chú thích:

$W_{đ}$: động năng của vật $\left(J\right)$.

$m$: khối lượng của vật $\left(kg\right)$.

$p$: là động lượng của vật $(kg.m/s)$.

Chú thích:

$m_1, m_2$ $(kg hoặc u)$: khối lượng của các hạt thành phần trước khi xảy ra phản ứng hạt nhân, lần lượt ứng với $\overrightarrow{v_1,} \overrightarrow{v_2.}$

$m_3, m_4$ $(kg hoặc u)$: khối lượng của các hạt thành phần sau khi xảy ra phản ứng hạt nhân, lần lượt ứng với $\overrightarrow{v_3,} \overrightarrow{v_4.}$

Đơn vị tính: $kg.m/s$.

Lưu ý:

Với $\overrightarrow{p}=\overrightarrow{p_1}+\overrightarrow{p_2} biết \phi =(\overrightarrow{p_1};\overrightarrow{p_2})$

$\Rightarrow p^2={p_1}^2+{p_2}^2+2p_1{p}_2\cos \phi$

Với $p=m.v$

Tỉ số $\frac{m_{X_1}}{m_{X_2}}\approx \frac{A_1}{A_2}$

Trường hợp đặc biệt:

$\overrightarrow{p_1}\perp \overrightarrow{p_2} \Rightarrow p^2={p_1}^2+{p_2}^2$

Chứng minh: $\left\{\begin{array}{l}p=mv\\ K=\frac{1}{2}m{v}^2\end{array}\right.$

$\Rightarrow p^2=2mK$

Chú thích:

$p$: động lượng ứng với hạt có vận tốc $v$ và khối lượng $m$ $(kg.m/s)$

$K$: động năng ứng với hạt có vận tốc $v$ và khối lượng $m \left(J\right)$

Chứng minh:

Chọn chiều dương là chiều của viên đạn

Định luật bảo toàn động lượng cho hệ vật 

$$\begin{gathered} \overrightarrow{p_{sau}}=\overrightarrow{p_{trươc}} \\ \Rightarrow m_{dan}.\overrightarrow{v_{dan/Đ}}+m_{phao}.\overrightarrow{v_{phao/Đ}}=\overrightarrow{0} \\ \Rightarrow m_{dan}\left(\overrightarrow{v_{dan/phao}}+\overrightarrow{v_{phao/Đ}}\right)+m_{phao}.\overrightarrow{v_{phao/Đ}}=\overrightarrow{0} \\ \Rightarrow v_{phao/Đ}=\frac{m_{dan}}{m_{dan}+m_{phao}}.v_{dan/phao} \end{gathered}$$

$v_{dan/Đ}=v_{dan/sung}-v_{sung/Đ}$

Tổng động lượng của một hệ sẽ được xác định bằng tổng vectơ động lượng của các vật trong hệ đó.

Do động lượng là một đại lượng vectơ nên ta có thể áp dụng tất cả những kiến thức đã học về tổng hợp vectơ ở những bài trước để giải quyết bài toán tổng động lượng của hệ hai vật hay nhiều vật.

BẢNG TỔNG HỢP CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH ĐỘ LỚN CỦA TỔNG ĐỘNG LƯỢNG CỦA MỘT HỆ VẬT