2.1.3.1. Động lượng – ĐLBT động lượng
+ Hệ kín(hệ cô lập)
Hệ kín là hệ vật chỉ tương tác với nhau chứ không tương tác với các vật bên ngoài hệ (chỉ có nội lực chứ không có ngoại lực). Xét trong cơ học thì hệ kín là hệ không có ngoại lực tác dụng, hoặc nếu có ngoại lực tác dụng nhưng
Động lượng. Định luật bảo toàn độnglượng
Độnglượng
Chương các định
luật bảo
toàn
Sự bảo toàn và chuyển hóa năng
lượngcủachất điểm trong chuyển độngcơ
Các dạng năng lượng Định luật bảo toàn động lượng Bài toán va chạm Ứng dụng (Hiện tượng sung giật, chuển động
của tênlửa)
Công và côngsuất Định
luậtbảotoàn
cơnăng
Động
cân bằng nhau, hoặc hệ có ngoại lực tác dụng nhưng rất nhỏ so với nội lực (đạn nổ…), hoặc hệ kín theo một phương nào đó.
+ Động lượng
Động lượng: Động lượng của một vật là đại lượng vectơ, luôn cùng chiều với vectơ vận tốc của vật, được đo bằng tích giữa khối lượng m và vận tốc
của vật.
Biểu thức : pr = mvr
Động lượng của hệ bằng tổng động lượng , ,...của các vật trong hệ: = + + ...
Đơn vị của động lượng là kg.m/s. + Xung lượng của lực
- Xung lực (xung lượng củ lực trong thời gian Δt) bằng độ biến thiên động lượng của vật trong thời gian đó.
Δt = Δ
- Đơn vị của xung lực là N.s.
+ Định luật bảo toàn động lượng
Định luật bảo toàn động lượng phản ánh tính chất đồng tính của không gian và đồng nhất của thời gian. Do đó, xét hệ cô lập gồm n chất điểm, biểu thức của định luật II Niu-tơn có dạng: å = å
dt p d
Fi i (*). Các Fi là các nội lực nên åFi =0; åpi =p là tổng động lượng của hệ.
Vậy 0 dt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
p d
= , nghĩa làp=const (**): Tổng động lượng của hệ cô lập được bảo
toàn.
Đẳng thức vectơ (**) tương đương với 3 đẳng thức đại số: px = const; py = const; pz = const
- Trong SGK Vật lí 10, để xây dựng định luật bảo toàn động lượng, sách đã trình bày ba định luật Niu-tơn, coi như các tiên đề, sau đó áp dụng định luật II Niu-tơn và định luật III Niu-tơn cho hệ cô lập gồm hai vật tương tác.
Theo định luật II Niu-tơn:
Δt v v' m a m F1= 1 1 = 1 1- 1; Δt v v' m a m F2 = 2 2 = 2 2 - 2 Theo định luật III Niu-tơn: F1 =-F2 nên m1 v'1-v1 =-m2 v'2 -v2
Suy ra: m1v1+m2v2 =m1v'1+m2v'2.
Vậy, tổng động lượng của hệ trước và sau tương tác bằng nhau, được
bảo toàn.
- Định luật bảo toàn động lượng đúng trong trường hợp mà các định luật Niu-tơnkhông thể vận dụng được nữa. Chẳng hạn, đối với các hạt chuyển động với tốc độ gần tốc độ ánh sáng (v » c) thì định luật bảo toàn động lượng vẫn đúng.
+ Chuyển động bằng phản lực
Chuyển động bằng phản lực là loại chuyển động mà do tương tác bên trong giữa một phần của vật tách ra chuyển động về một hướng và phần còn lại chuyển động về hướng ngược lại (súng giật khi bắn, tên lửa…)
- Công thức về tên lửa trong trường hợp lượng nhiên liệu cháy phụt ra tức thời (hoặc các phần của tên lửa tách rời nhau):
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m = + , với m = + .(m, là khối lượng và vận tốc tên lửa trước khi nhiên liệu cháy; , là khối lượng và vận tốc phụt ra của nhiên liệu; là khối lượng và vận tốc tên lửa sau khi nhiên liệu cháy)
- Công thức về tên lửa trong trường hợp lượng nhiên liệu cháy và phụt ra liên tục :
Áp dụng các công thức về tên lửa : ; ; v = u. .(u là vận tốc của khí phụ đối với tên lửa, a là gia tốc của tên lửa, v là vận tốc của khí phụt so với tên lửa)
+ Va chạm mềm
Va chạm là tương tác giữa các vật xảy ra trong thời gian rất ngắn và vận tốc của các vật thay đổi không đáng kể. Va chạm mềm là va chạm mà sau va chạm các vật dính vào nhau.
+ Chuyển động bằng phản lực
Công thức về tên lửa trong trường hợp lượng nhiên liệu cháy và phụt ra liên tục :
Áp dụng các công thức về tên lửa : ; ; v = u. .(u là vận tốc của khí phụ đối với tên lửa, a là gia tốc của tên lửa, v là vận tốc của khí phụt so với tên lửa)
2.1.3.2. Công và công suất – Định luật bảo toàn công
+ Công của lực tác dụng: Nếu lực không đổi F tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực một góc a thì công thực hiện bởi lực đo bằng tích độ lớn của lực với hình chiếu của độ dời điểm đặt trên phương của lực.
Biểu thức:A= F.S.cos a.
+ Công suất: Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công nhanh hay chậm và có giá trị bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
Biểu thức : P = A/t
- Định luật bảo toàn công: Khi vật chuyển động đều hoặc khi vận tốc của vật ở điểm cuối và điểm đầu bằng nhau thì công phát động bằng độ lớn của công cản.
2.1.3.3.Động năng – thế năng
+ Động năng: Động năng của một vật là năng lượng do vật chuyển động mà có, nó có giá trị bằng một nửa tích khối lượng và bình phương vận tốc của vật. Biểu thức:Wđ = 1/2mv2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+Thế năng: gồm hai dạng:
+ Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật, thế năng trọng trường phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng
trường.
Biểu thức: Wt = mgz
+ Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng có được do biến dạng của lò xo, phụ
thuộc vào độ biến dạng của lò xo.
Biểu thức: Wt = 1/2 kx2
+Định lí Biến thiên động năng: Độ biến thiên động năng bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật.
Biểu thức: ∆Wđ = Wđ2 - Wđ1 = Angoại lực
+Định lí Biến thiên thế năng: Công của trọng lực bằng độ giảm thế năng Biểu thức: ∆Wt = Wt1 - Wt2 = AP
2.1.3.4. Cơ năng – định luật bảo toàn cơ năng
+ Năng lượng : Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện
công của một vật hoặc của một hệ vật. Năng lượng của một vật (hoặc hệ vật) ở một trạng thái xác định có giá trị bằng công lớn nhất mà vật (hoặc hệ vật) thực hiện được.
+Cơ năng: Cơ năng là năng lượng cơ học, cơ năng của vật bao gồm động năng và thế năng:
Biểu thức: W = Wđ + Wt = const
- Định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường Vật có khối lượng m chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N. Trong quá trình chuyển động đó, công AMN của trọng lực được xác định bởi độ giảm thế năng là: AMN = Wt(M) – Wt(N).
Nếu trong quá trình đó, vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì công của trọng lực cũng được tính bằng độ biến thiên động năng của vật từ M đến N: AMN = Wđ(N) – Wđ(M).
Vậy Wt(M) – Wt(N) = Wđ(N) – Wđ(M) hay Wđ(M) + Wt(M) = Wđ(N) + Wt(N) Khi đó, WM = WN có nghĩa là cơ năng được bảo toàn.
- Định luật bảo toàn cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi HS đã biết ở bài học trước, khi lò xo biến dạng thẳng từ độ biến dạng x1
đến độ biến dạng x2 thì công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi:
2 2 2 1 đh 12 kx 2 1 kx 2 1 ΔW A =- = - .
Khi gắn một vật có khối lượng m vào đầu tự do của lò xo. Hệ lò xo – vật có động năng là động năng của vật 2
đ mv 2 1 W = .
Xét dịch chuyển của vật từ A, ứng với vận tốc v1 và độ biến dạng x1, tới B ứng với v2 và x2, theo định lí động năng, ta có: 2
1 2 2 12 mv 2 1 mv 2 1 A = - . Suy ra: 2 2 2 1 2 1 2 2 kx 2 1 kx 2 1 mv 2 1 mv 2 1 - = - ; hay 2 1 2 1 2 2 2 2 kx 2 1 mv 2 1 kx 2 1 mv 2 1 + = + Nghĩa là: 2 + 2 = kx 2 1 mv 2 1
hằng số nên cơ năng được bảo toàn.
Trong SGK chỉ áp dụng cách lập luận tương tự với trường hợp trọng lực để suy ra định luật bảo toàn cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi.
+ Liên hệ giữa độ giảm cơ năng và công cản
Trong trường hợp nếu vật còn chịu tác dụng của lực cản thì cơ năng của vật không bảo toàn và độ biến thiên cơ năng của hệ đúng bằng công của lực này:
A(lực cản) = DW = W2 – W1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong phương án dạy học bài này, SGK chỉ xây dựng định luật hoàn toàn thuần túy bằng con đường suy luận lí thuyết, không đề cập tới bất kì thí nghiệm nào để khảo sát cũng như kiểm chứng định luật.
Định luật bảo toàn năng lượng: Với hệ kín, năng lượng của hệ được bảo toàn.
= hay ΔE = 0