Bài 31. Định luật bảo toàn động lượng

CHƯƠNG IV CHƯƠNG IV BÀI 23 BÀI 23: ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG NỘI DUNG I. ĐỘNG LƯỢNG 1/ Xung lượng của lực 2/ Động lượng II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 1/ Hệ cô lập 2/ Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập 3/ Va chạm mềm 4/ Chuyển động bằng phản lực BÀI 23: ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I. ĐỘNG LƯỢNG 1/ Xung lượng của lực a) Ví dụ: Hòn bi-a đang lăn nhanh chạm vào thành bàn đổi hướng  Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật. b) Xung lượng của lực: Khi một lực F (không đổi) tác dụng lên vật trong khoảng thời gian ∆t thì tích F.∆t gọi là xung lượng của lực F trong khoảng thời gian ∆t. BÀI 23: ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 2/ Động lượng a) Giải thích tác dụng xung lượng của lực theo định luật II Niu-tơn Gia tốc của vật: a = v 2 - v 1 ∆t => v 2 - v 1 ∆t m = FMà: F = m.a Đặt tích m.v = p : gọi là động lượng của vật (23.1) Hay F. ∆t m v 2 – m v 1 = Xét vật m chịu tác dụng lực F trong thời gian ∆t làm thay đổi vận tốc của vật từ v 1 đến v 2 BÀI 23: ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG b) Định nghĩa động lượng: p = m.v (23.2) Động lượng p của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lượng được xác định bởi công thức: • Động lượng là đại lượng véc tơ, cùng hướng với vận tốc của vật • Đơn vị của động lượng là kg.m/s C1 C2 BÀI 23: ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG c) Dạng khác của định luật II Niu-tơn: Từ công thức (23.1) ta có thể viết p 2 – p 1 = F.∆t ( 23.3a ) => Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó Phát biểu này được xem là cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn Lực đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể gây ra biến thiên động lượng của vật.  Ý NGHĨA: ∆p = F.∆t ( 23.3b ) BÀI 23: ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 1/ Hệ cô lập Một hệ nhiều vật được gọi là hệ cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau 2/ Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn p 1 + p 2 + p 3 + . . . + p n = không đổi BÀI 23: ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 3/ Va chạm mềm Theo ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG Sinh viên: Nguyễn Tấn Tài MSSV: 1060160 Lớp: SP Vật lý (K.32) NỘI DUNG BÀI HỌC Hệ kín 1.1 Định nghĩa hệ kín 1.2 Các trường hợp xem hệ kín Các định luật bảo toàn Định luật bảo toàn động lượng 3.1 Thí nghiệm 3.2 Định nghĩa động lương 3.3 Định luật bảo toàn động lượng 3.4 Thí nghiệm kiểm chứng Hệ kín 1.1 Định nghĩa hệ kín Một hệ xem kín vật hệ tương tác với mà không tương tác với vật hệ Hệ kín hệ cô lập 1.2 Các trường hợp xem hệ kín Hệ xem hệ kín thõa điều kiện sau:  =0  #0 Vd Súng giật bắn hay đạn nổ Thí dụ: Xét hai bi tương tác không ma sát mặt phẳng ngang N1 N2 F21 F12 p1 p2 Trường hợp hệ xem hệ kín Các định luật bảo toàn: Khi khảo sát hệ kín ta thấy:  Một số định luật bảo toàn hệ kín :  Định luật bảo toàn khối lượng  Định luật bảo toàn động lượng  Định luật bảo toàn lượng Định luật bảo toàn quan trọng áp dụng cho hệ kín từ vi mô đến vĩ mô Định luật bảo toàn động lượng: 3.1.Tương tác vật hệ kín: Gọi m1, v1 ∆t v’1 Gọi m2, v2 ∆t v’2 ∆t : thời gian tương tác Theo ĐL NT: v1 − v'1 F21 = m1 a1 = m1 ∆t v1 − v'1 F21 = m1 a1 = m1 ∆t Theo ĐL NT: F21 = − F12 ⇒ m1.v1 + m2 v2 = m1.v'1 + m2 v'2 (*) 3.2 Động lượng: ur r p = mv 3.3 Định luật bảo toàn động lượng:  Đối với hệ kín gồm vật: p1 + p = p '1 + p '  Đối với hệ kín gồm n vật: p1 + p + + p n = p '1 + p ' + + p ' n ⇒ p = p '1 + p ' + Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng hệ kín bảo toàn p = p' 3.4 Thí nghiệm kiểm tra: Để kiểm tra m1.v1 + m2 v2 = m1.v'1 + m2 v'2 (*) ta cần phải xác định v1 , v , v'1 , v' - Ta có v1 = v cần xác định thêm v ' , v' m2 t Vì v1 = v =  → v'1 = v' m1 m2 ⇒ s1 = s m1 Ví dụ: cho m2 = 2.m1 =>S1 = 2.S2 m1 m2 h h S1 s1 sS2 Định nghĩa hệ kín ? Trong thực tế hệ xem hệ kín ? Định nghĩa động lượng ? Phát biểu định luật bảo toàn động lượng ? Kiểm tra bài cũ: Câu hỏi 1: Thế nào là hệ kín? Cho ví dụ Câu hỏi 2: Định nghĩa động lượng Viết biểu thức định luật bảo toàn động lượng cho hệ có 2 vật. Bài: Nội dung chính: 1.Súng giật khi bắn. 2.Đạn nổ 3.Ví dụ I. Súng giật khi bắn: Để giảm bớt sự giật lùi của súng Quan sát tư thế bắn súng: Tại sao phải đặt bá súng vào vai ? Tại sao súng lại bị giật lùi ? Giả sử có một khẩu súng đại bác, khối lượng M ban đầu đứng yên trên mặt phẳng ngang,bắn ra một viên đạn có khối lượng m với vận tốc v M v m Hệ gồm súng và đạn trước khi bắn có phải là hệ kín ?  Hệ trên là kín theo phương ngang. Bởi vì, trên phương này hình chiếu của ngoại lực là trọng lực P và phản lực N là bằng 0. M m P N Vậy định luật bảo toàn được viết như thế nào ? Dấu “-”chứng tỏ rằng vận tốc của đạn và súng ngược nhau ( súng giật về phía sau ) st PP  = vmVM    += 0 M vm V   −= Dấu “ –” trong biểu thức trên có ý điều gì? Chuyển động này của súng gọi là chuyển động bằng phản lực v V Làm sao giảm vận tốc giật của súng? Dựa vào biểu thức: _ Tăng M đồng thời giảm m, v (nhưng phải có giới hạn). _ Cải tiến kỹ thuật chế tạo súng ít bị giật hơn, kể cả súng không giật. M vm V   −= Định luật bảo toàn động lượng có đúng cho trường hợp này ? II. Đạn nổ: Giả sử khẩu súng trên bắn ra một viên đạn khối lượng m với vận tốc v, sau đó nổ thành 2 mảnh có khối lượng m 1 , m 2 có vận tốc là v 1 , v 2 m m 1 m 2 [...]... 500 m/s, theo phương gang v2 = ? , theo phương nào v v1 Động lượng hệ trước và sau khi nổ tính như thế nào ? Hệ (viên đạn, 2 mảnh đạn) : kín   Động lượng viên đạn: p = mv = kgm Độ lớn: p = mv = 250 * 2  500( / s ) Động lượng mảnh 1: p1 = m1v1 = Độ lớn: p1 = m1v1 = 500 *1 500(kgm / s)  Động lượng mảnh 2: p2 = m2v2 Áp dụng ĐL bảo toàn động lượng:    p =p1 +p2    → 2 =p −p1 p p p2 0 p1  Tính... tính độ lớn p2 : _ Dùng định lý Pitago _ Dùng định lý hàm số cos Vận dụng: 1.Nếu bong bóng tuột khỏi tay thì nó sẽ chuyển động như thế nào? 2 Chú cún này có nhảy lên bờ được không? Củng cố bài học: ☺Súng giật khi bắn là do động lượng súng được bảo toàn (động lượng ban đầu của hệ là = 0) ☺Tìm phương và độ lớn vận tốc của mảnh đạn sau khi nổ theo quy tắc hình bình hành (động lượng ban đầu của hệ ≠ 0)... hệ kín bởi vì nội lực khi nổ là rất lớn so với ngoại lực ( trọng lực ) tác dụng  Động lượng hệ được bảo toàn:    p = p1 + p2    mv = m1v2 + m2 v2  Biết được 2 trong 3 vectơ, ta sẽ tính được vectơ còn lại p1 p p2 III Ví dụ: Viên đạn m = 2 kg bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250 m/s nổ thành 2 mảnh có khối lượng bằng nhau Mảnh 1 bay theo phương ngang với vận tốc 500 m/s Hỏi mảnh kia bay theo BÀI TẬP CHƯƠNG IV VẬT LÝ 10 BÀI TẬP: ĐỘNG LƯỢNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG Bài 1. thuyền có khối lượng M=200kg chuyển động với vận tốc v = 1,5m/s. Một người khối lượng m 1 =50kg nhảy từ bờ lên thuyền với vận tốc v 1 =6m/s theo phương vuông góc với véctơ v Tìm độ lớn và hướng vận tốc của thuyền sau khi người vào thuyền. bỏ qua sức cản của nước. Bài 2. thuyền có khối lượng m 1 ; chiều dài L ; đang đứng yên trên mặt nước. Một người khối lượng m 2 ở đầu thuyền nhảy lên với vận tốc v o hợp với phương ngang 1 góc α và rơi vào giữa thuyền. Tính v o trong 2 trường hợp: a/ v o là vận tốc của người đối với nước. b/ v o là vận tốc của người đối với thuyền. Bài 3. một viên đạn bay theo quỹ đạo parabol lên đến độ cao cao nhất là h=20m thì vỡ làm 2 mảnh có khối lượng bằng nhau. Một giây sau khi vỡ, mảnh 1 rơi xuống đất ngay dưới vị trí đạn vỡ cách chỗ bắn S 1 = 1000m. Mảnh 2 rơi đến đất cách chỗ bắn khoảng S 2 bao nhiêu. Bỏ qua sức cản không khí Bài 4. Một tên lửa hai tầng có khối lượng tổng cộng 1 tấn. khi tên lửa đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc 170m/s thì tầng thứ hai (có khối lượng 0,4 tấn) tách ra và tăng tốc đến v 2 ; còn tầng thứ nhất bay theo phương cũ với vận tốc 150m/s. Tìm phương, chiều, độ lớn của véctơ vận tốc v 2 Bài 5. Từ một xuồng nhỏ khối lượng m 1 chuyển động với vận tốc v o ; người ta ném một vật có khối lượng m 2 về phía trước với vận tốc v 2 nghiêng một góc α đối với xuồng. Tính vận tốc của xuồng sau khi ném vật và khoảng cách từ xuồng đến chổ vật rơi. Bỏ qua sức cản của nước và cho là nước đứng yên Bài 6. Một tên lửa khối lượng tổng cộng M o =100 tấn đang bay với vận tốc 200m/s thì phụt ra tức thời m=20 tấn khí với vận tốc 500m/s đối với tên lửa. Tính vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí nếu khí được phụt ra: a) Phía sau tên lửa b) Phía trước tên lửa (bỏ qua lực hấp dẫn của trái đất và lực cản của không khí) Bài 7. Viên bi thứ nhất đang chuyển động với vận tốc v=10m/s thì va vào viên bi thứ hai đang đứng yên. Sau va chạm hai viên bi tách xa nhau và tạo với hướng của v những góc α, β . Khối lượng của hai viên bi bằng nhau, bỏ qua ma sát. Tính vận tốc của mỗi viên bi sau va chạm trong 2 trường hợp: a) α = β = 45 o b) α = 60 o ; β = 30 o Bài 8. trên mặt phẳng ngang có 3 viên bi nhẵn khối lượng m 1 ; m 2 = 4m 1 và m 3 =2m 1 chuyển động với vận tốc v 1 = 2m/s ; v 2 = 7m/s và v 3 = 1m/s như hình vẽ. bỏ qua ma sát. Biết rằng 3 viên bi va chạm không đàn hồi cùng lúc tại O để tạo thành khối chuyển động với vận tốc v . Tính v GV: BÙI THẾ HỒNG 1 BÀI TẬP CHƯƠNG IV VẬT LÝ 10 Bài 9. một vật khối lượng m trượt trên mặt phẳng nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang từ độ cao h (hệ số ma sát giữa mf nghiêng với vật m là μ ) rồi rơi vào một xe cát khối lượng M đang đứng yên trên mặt phẳng ngang rất gần chân mặt phẳng nghiêng. Tính vận tốc của xe cát khi vật rơi vào (bỏ qua ma sát giữa xe với mf ngang) Bài 10. một người khối lượng m 1 = 60kg nhảy từ bờ vào thuyền khối lượng m 2 =300kg đang trôi theo dòng nước. Người nhảy với vận tốc 5m/s theo hướng vuông góc với dòng nước, sau đó thuyền chuyển động với vận tốc v có phương hợp với dòng nước một góc α = 30 o Tìm v và vận tốc của dòng nước chảy GV: BÙI THẾ HỒNG 2 TRƯỜNG DỰ BỊ ĐẠI HỌC DÂN TỘC SẦM SƠN BAN KHTN - TỔ VẬT LÝ GIÁO VIÊN: MAI TUẤN KIỂM TRA BÀI CŨ 1. Phát biểu nội dung và viết biểu thức định luật II Niutơn? Đáp án KIỂM TRA BÀI CŨ 2. Phát biểu nội dung và viết biểu thức định luât III Niutơn? Đáp án BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I. Động lượng. 1. Khái niệm 2. Biểu thức 3. Đơn vị II. Định luật bảo toàn động lượng 1. Hệ kín 2. Định luật bảo toàn động lượng III. Dạng khác của định luật II Niutơn IV. Bài tập vận dụng BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I. Động lượng. 1. Khái niệm 2. Biểu thức 3. Đơn vị II. Định luật bảo toàn động lượng 1. Hệ kín 2. Định luật bảo toàn động lượng III. Dạng khác của định luật II Niutơn IV. Bài tập vận dụng I. Động lượng. 1. Khái niệm  BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG Động lượng của một vật là đại lượng véc tơ, được đo bằng tích số giữa khối lượng và véc tơ vận tốc của vật. BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I. Động lượng. 1. Khái niệm 2. Biểu thức. p = m.v Động lượng của hệ nhiều vật: p = p 1 + p 2 + + p n Động lượng của một vật: BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I. Động lượng. 1. Khái niệm 2. Biểu thức. 3. Đơn vị Hoặc (kg.m.s -1 ) s m kg. BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG II. Định luật bảo toàn động lượng 1. Hệ kín Hệ kín là hệ vật mà ngoại lực tác dụng lên các vật trong hệ bằng không hoặc cân bằng nhau. BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG II. Định luật bảo toàn động lượng 1. Hệ kín 2. Định luật bảo toàn động lượng Bằng phương pháp thực nghiệm  Bằng phương pháp suy luận  [...]...BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG II Định luật bảo toàn động lượng 1 Hệ kín 2 Định luật bảo toàn động lượng Xét tương tác giữa hai vật trên mặt phẳng ngang: Theo định luật III Niutơn: F12 = - F 21 Áp dụng định luật II Niutơn ta có: m2 ∆v 2 ∆v1 = − m1 ∆t ∆t m2(v2’ – v2) = -m1(v1’ – v1) p2’- p2 = -(p1’ – p1) Hệ kín nhiều vật: p1 + p2 = p1’ + p2’ p1 + p2 + +pn = p1’+ p2’+ +pn’ BÀI 1: ĐỊNH LUẬT BẢO... BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG III Dạng khác của định luật II Niutơn Xét CHƯƠNG IV. CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN BÀI TẬP ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG I. TÓM TẮT KIẾN THỨC: 1. Động lượng của vật: Một vật cso khối lượng m chuyển động với vận tốc v  , động lượng của vật là p mv    . Trường hợp một hệ vật, động lượng của hệ: i i i p p m v        2. Định luật bảo toàn động lượng: - Hệ kín: các vật trong hệ tương tác với nhàu, không tương tác với các vật ngoài hệ, nếu có thì các ngoại lực này cân bằng nhau. - Định luật bảo toàn động lượng: Tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn. 1 0 i i p m v       II. BÀI TẬP: NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP Bài 1 (23.2/tr53/SBT). Một vật có khối lượng 1 kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời Ta có: . . p F t P t      1.9,8.0,5 p mg t     gian 0,5 s. Độ biến thiên động lượng của vật trong thời gian đó là bao nhiêu? 4,9( / ) p kgm s   Bài 2 (23.4/tr53/SBT). Tính lực đẩy trung bình của hơi thuốc súng lên đầu đạn ở trong nòng một súng trường bộ binh, biết rằng đầu đạn có khối lượng 10 g, chuyển động trong nòng súng nằm ngang trong khoảng 10 -3 s, vận tốc đầu bằng 0, vận tốc khi đến đầu nòng súng v=865 m/s. 3 3 10.10 .865 8650( ) 10 p F t p mv F N t t                 Bài 3 (23.5/tr54/SBT). Một toa xe khối lượng 10 tấn đang chuyển động trên đường ray nằm ngang với vận tốc không đổi v=54 km/h. Người ta tác dụng lên toa xe một lực hãm theo phương ngang. Tính độ lớn trung bình của lực hãm nếu toa xe dừng lại sau: a/ 1 phút 40 giây a/. Lực hãm phanh trung bình nếu toa xe dừng lại sau 1 phút 40 giây: 4 10 .15 1500( ) 100 p p mv F F N t t t               b/. Lực hãm phanh trung bình nếu toa xe dừng lại sau 10 giây: 4 10 .15 15000( ) 10 mv F N t      b/. 10 giây Bài 4 (23.6/tr54/SBT). Một vật nhỏ khối lượng m đặt trên một toa xe có khối lượng M. Toa xe này có thể chuyển động trên một đường ray nằm ngang không ma sát. Ban đầu hệ đứng yên. Sau đó cho m chuyển động ngang trên toa xe với vận tốc 0 v  . Xác định vận tốc chuyển động của toa xe trong hai trường hợp: a/. 0 v  là vận tốc m đối với đất. b/. 0 v  là vận tốc m đối với toa xe. Ban đầu, động lượng của hệ bằng không. Do chuyển động trên mặt phẳng ngang không ma sát nên tổng động lượng theo phương ngang được bảo toàn, nghĩa là luôn bằng không. a/. Vận tốc chuyển động của toa xe khi 0 v  là vận tốc m đối với đất. 0 0 0 0 0 m m v mv v v m          b/. Vận tốc chuyển động của toa xe khi 0 v  là vận tốc m đối với toa xe. 0 0 0 0 0 ( ) 0 m m v v mv v v m m             Bài 5 (23.7/tr54/SBT). Có một bệ pháo khối lượng 10 tấn có thể chuyển động trên đường ray nằm ngang không ma sát. Trên bệ pháo có ... Các định luật bảo toàn: Khi khảo sát hệ kín ta thấy:  Một số định luật bảo toàn hệ kín :  Định luật bảo toàn khối lượng  Định luật bảo toàn động lượng  Định luật bảo toàn lượng Định luật bảo. .. DUNG BÀI HỌC Hệ kín 1.1 Định nghĩa hệ kín 1.2 Các trường hợp xem hệ kín Các định luật bảo toàn Định luật bảo toàn động lượng 3.1 Thí nghiệm 3.2 Định nghĩa động lương 3.3 Định luật bảo toàn động lượng. .. p '1 + p ' + Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng hệ kín bảo toàn p = p' 3.4 Thí nghiệm kiểm tra: Để kiểm tra m1.v1 + m2 v2 = m1.v'1 + m2 v'2 (*) ta cần phải xác định v1 , v ,