2.1. Hệ kín
Hệ kín là một khái niệm rất quan trọng gắn liền với các định luật bảo toàn, vì các định luật bảo toàn chỉ đúng trong hệ kín mà thôi. Một hệ gọi là kín chỉ khi các vật bên trong hệ chỉ t−ơng tác với nhau mà không hề t−ơng tác với bất kỳ một vật nào khác ngoài hệ. Thực tế không có hệ kín tuyệt đối, nh−ng có thể tìm thấy một số hệ gần kín nh−:
- Khi ngoại lực tác dụng lên hệ rất nhỏ so với nội lực bên trong và xảy ra trong thời gian rất ngắn (trong tr−ờng hợp có va chạm mạnh, nổ...),
- Các ngoại lực tác dụng lên hệ bị khử lẫn nhau (vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang),
- Hệ vật - trái đất có thể xem là hệ kín.
2.2. Định luật bảo toàn động l−ợng
2.2.1. Nội dung kiến thức
Định luật bảo toàn động l−ợng có thể phát biểu d−ới nhiều hình thức khác nhau, nh−ng nội dung cơ bản của nó là: "Tổng động l−ợng của một hệ kín đ−ợc bảo toàn". Về mặt thuật ngữ, đại l−ợng Pr = mvr gọi là động l−ợng (chứ không gọi là xung l−ợng nh− một số tài liệu hoặc sách giáo khoa khác vẫn dùng), còn đại l−ợng Fr∆t gọi là xung của lực, hay gọi tắt là xung lực.
2.2.2. Ph−ơng pháp hình thành khái niệm động l−ợng và định luật bảo toàn động l−ợng động l−ợng
Để hình thành định luật bảo toàn động l−ợng, nhiều sách giáo khoa đã dựa vào thí nghiệm về sự va chạm của hai vật, từ đó khái quát hoá cho tr−ờng hợp tổng quát rồi đi đến phát biểu định luật. Cũng có tác giả xây dựng định luật bảo toàn động l−ợng xuất phát từ định luật II Newton.
Các sách giáo khoa của chúng ta hiện nay đều xuất phát bằng còn đ−ờng thực nghiệm bằng cách nghiên cứu sự va chạm của hai vật (mỗi sách có dùng những thí nghiệm khác nhau) hoàn toàn độc lập với các định luật của Newton với ý t−ởng đi tìm một đại l−ợng bảo toàn trong cơ học. Từ sự nghiên cứu t−ơng tác của hai vật, thấy có sự truyền chuyển động từ vật này sang vật kia (do có thay đổi vận tốc) và đặt vấn đề xem xét trong sự t−ơng tác đó có đại l−ợng nào đ−ợc bảo toàn không? Nhận xét thêm rằng sự thay đổi vận tốc của các vật tham gia t−ơng tác hình nh− còn phụ thuộc vào khối l−ợng của chúng. Từ đó đi đến giả thiết xem tích mv có đ−ợc bảo toàn không? và tìm thấy quả thực tích mv đ−ợc bảo toàn. Đặt tên cho đại l−ợng bảo toàn vừa tìm thấy đó là động l−ợng. Sau khi có đ−ợc khái niệm động l−ợng rồi mới tìm cách phát biểu kết quả d−ới dạng một định luật gọi là định luật bảo toàn động l−ợng.
Từ tr−ờng hợp riêng, xét tr−ờng hợp hai vật có khối l−ợng khác nhau và vận tốc tr−ớc t−ơng tác của chúng là vr1
, vr2
, còn vận tốc sau t−ơng tác là , . Khi đó, định luật bảo toàn động l−ợng đ−ợc diễn tả bằng đẳng thức vectơ:
'1 1 vr ' 2 vr m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'
Cuối cùng, phát biểu định luật bảo toàn động l−ợng cho tr−ờng hợp tổng quát của một hệ kín gồm một số vật bất kỳ.
Tuy nhiên, các sách giáo khoa thí điểm phân ban đều dựa vào định luật II Newton để hình thành khái niệm động l−ợng và định luật bảo toàn động l−ợng.
2.2.3. ứng dụng định luật bảo toàn động l−ợng: Chuyển động bằng phản lực
Khi trình bày các ứng dụng định luật bảo toàn động năng, các sách giáo khoa th−ờng trình bày hai trong ba ứng dụng sau: súng giật khi bắn, đạn nổ và chuyển động bằng phản lực. D−ới đây, chúng ta chỉ phân tích chuyển động bằng phản lực.
Chúng ta đều biết, mọi vật chuyển động đ−ợc đều nhờ phản lực. Nh−ng chuyển động bằng phản lực trong phần này đề cập đến chuyển động của vật tự tạo ra phản lực bằng cách phóng về một h−ớng một phần của chính nó, phần còn lại sẽ chuyển động ng−ợc chiều do tác dụng của phản lực và tuân theo định luật bảo toàn động l−ợng.
Súng bị giật lùi khi bắn là chuyển động bằng phản lực không liên tục. Tên lửa, pháo thăng thiên khi phóng lên là chuyển động bằng phản lực liên tục nhờ có nhiên liệu đ−ợc đốt cháy và phóng ra liên tục.
Nguyên tắc chung của động cơ phản lực là có một bộ phận đốt nhiên liệu để tạo ra một luồng khí phóng ra phía sau với vận tốc lớn, phần còn lại của động cơ sẽ chuyển động ng−ợc chiều theo định luật bảo toàn động l−ợng. Vận tốc chuyển động của động cơ sẽ phụ thuộc vào vận tốc và khối l−ợng khí phụt ra.
Máy bay cánh quạt có nguyên tắc chuyển động hoàn toàn khác với máy bay phản lực. Khi cánh quạt quay, đẩy không khí về phía sau. Theo định luật III Newton, không khí tác dụng lên cánh quạt đẩy máy bay chuyển động về phía tr−ớc.