BÀI 28 ĐỘNG LƯỢNG

I. Động lượng

Câu 1: Thực hiện các thí nghiệm sau để tìm hiểu về sự truyền chuyển động trong tương tác giữa các vật.

Chuẩn bị:

Ba viên bi A, B, C (chọn bi B nặng hơn A và C).

Máng trượt (có thể dùng ống nhựa cắt dọc).

Một vài vật (hộp giấy, quyển sách) để tạo độ dốc của máng trượt.

Đặt viên bi C ngay dưới chân máng trượt như Hình 28.1.

Tiến hành:

Thí nghiệm 1: Lần lượt thả hai viên bi: A, B (bi B nặng hơn bi A) chuyển động trên máng trượt. Quan sát và đo quãng đường dịch chuyển của viên bi C sau va chạm ứng với mỗi lần thả.

Thí nghiệm 2: Bây giờ chỉ thả viên bi A lăn xuống máng trượt nhưng tăng độ dốc của máng trượt. Quan sát và đo quãng đường dịch chuyển của viên bi C sau va chạm ứng với mỗi lần thả.

Thảo luận:

Trong thí nghiệm 1, vận tốc của hai viên bi A và B khi đến chân dốc có giống nhau không? Viên bi nào đẩy viên bi C lăn xa hơn? Tại sao?

Trong thí nghiệm 2, ứng với độ dốc nào thì viên bi A có vận tốc lớn hơn khi va chạm với bi C? Ở trường hợp nào, viên bi C lăn xa hơn? Tại sao?

Giải nhanh:

Trong thí nghiệm 1, vận tốc của hai viên bi A và B khi đến chân dốc không giống nhau: Vì viên bi B có khối lượng lớn hơn nên có động năng lớn hơn ⇒ truyền năng lượng cho viên bi C nhiều hơn ⇒ làm viên bi C lăn xa hơn. Suy ra viên bi B đẩy viên bi C lăn xa hơn. 

Trong thí nghiệm 2, khi ta tăng độ dốc của máng trượt thì viên bi A có vận tốc lớn hơn do viên bi A ở độ dốc lớn hơn sẽ có năng lượng (thế năng hấp dẫn) lớn hơn nên  khi va chạm với viên bi C, làm cho viên bi C lăn xa hơn.  Khi chuyển động xuống chân dốc, thế năng hấp dẫn này chuyển hóa thành động năng truyền cho viên bi C làm cho nó lăn xa hơn.

Câu 2: Tìm ví dụ minh hoạ cho ý nghĩa vật lý trên của động lượng

Giải nhanh:

Tìm thêm ví dụ:

Xe ô tô đi với tốc độ càng cao, khi va chạm thì hậu quả càng nghiêm trọng.

Trong thi đấu quần vợt, tuyển thủ dùng lực lớn để tác động vào quả bóng thì vận tốc của quả bóng sẽ tăng nhanh khiến đối phương khó đỡ hơn so với khi tác động 1 lực nhẹ hơn.

Câu 3:

a. Động lượng của xe tải hay ô tô trong hình đầu bài là lớn hơn?

b. Trong trường hợp sút phạt 11m, tại sao thủ môn khó bắt bóng hơn nếu bóng có động lượng tăng

Giải nhanh:

a. Động lượng của xe tải lớn hơn ô tô vì khối lượng của xe tải lớn hơn ô tô

b) Trong trường hợp sút phạt 11 m, thủ môn khó bắt bóng hơn nếu bóng có động lượng tăng là vì: khi động lượng của quả bóng tăng thì vận tốc của quả bóng cũng tăng. Quả bóng bay tới rất nhanh nên thủ môn sẽ có ít thời gian để đưa ra phản ứng do đó sẽ khó đoán đúng hướng bóng và khó bắt bóng hơn.

II. Xung lượng của lực

1. Xung lượng

Câu 1: Trong ví dụ sau, các vật đã chịu tác dụng của những lực nào trong thời gian rất ngắn. 

Cầu thủ thực hiện một cú đá vô lê đã đưa được quả bóng vào lưới đối phương

Trong môn bi-a, quả bi-a đang chuyển động thì va chạm vào thành bàn nên nó bị đổi hướng.

Trong môn chơi gôn, một quả bóng gôn đang nằm yên. Sau một cú đánh, quả bóng bay đi rất nhanh.

Giải nhanh:

Cầu thủ thực hiện một cú đá vô lê đã đưa được quả bóng vào lưới đối phương: Quả bóng chịu tác dụng lực của chân cầu thủ.

Trong môn bi-a, quả bi-a đang chuyển động thì va chạm vào thành bàn nên nó bị đổi hướng: Quả bóng bi-a chịu tác dụng của phản lực từ thành bàn 

Trong môn chơi gôn, một quả bóng gôn đang nằm yên. Sau một cú đánh, quả bóng bay đi rất nhan: Quả bóng gôn chịu tác dụng lực từ cây gậy do tay của người chơi truyền vào.

Câu 2: Hãy chỉ ra sự biến đổi trạng thái chuyển động của vật trong các ví dụ trên ( trong câu 1 ) như thế nào? Tại sao lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian ngắn lại có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật đó.

Giải nhanh:

(1) Sự biến đổi trạng thái chuyển động của các vật:

(2) Lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật vì:

Chân cầu thủ sút vào bóng

Thành bàn tác dụng lực vào bi-a

Gậy vụt vào bóng

-> tạo ra xung lượng lớn, mà xung lượng được biểu diễn bằng tích nên nếu rất nhỏ thì lực F rất lớn nó sẽ gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động.

Phần luyện tập

Câu 1:

a) Nêu định nghĩa và đơn vị của động lượng

b) Vẽ vectơ động lượng của một quả bóng tennis vừa bật khỏi mặt vợt (Hình 28.2).

Giải nhanh:

a) Động lượng của vật là: Đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của một vật khi tương tác với vật khác 

Đơn vị của động lượng là: kg.m/s.

b) Vectơ động lượng của một quả bóng tennis vừa bật khỏi mặt vợt sẽ cùng hướng với vecto vận tốc của quả tennis, và được biểu diễn như sau:

Câu 2: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về động lượng

A. Động lượng của một vật đặc trưng cho trạng thái chuyển động của vật đó.

B. Động lượnglà đại lượng vecto

C. Động lượng có đơn vị là kg.m/s

D. Động lượng của một vật chỉ phụ thuộc vào vận tốc của vật đó

Giải nhanh:

Đáp án D

Câu 3: Tính độ lớn của động lượng trong các trường hợp sau:

a. Một xe buýt khối lượng 3 tấn đang chuyển động với tốc độ 72 km/h

b. Một hòn đá khối lượng 500g chuyển động với tốc độ 10m/s.

c. Một electron chuyển động với tốc độ 2.10⁷ m/s. Biết khối lượng electron bằng 9,1. 10⁻³¹ kg.

Giải nhanh:

a) Đổi 3 tấn = 3000 kg; 72 km/h = 20 m/s

Độ lớn động lượng của xe bus là:

p₁=m₁.v₁ = 3000.20 = 60 000 (kg.m/s)

b) Đổi 500 g = 0,5 kg

Độ lớn động lượng của hòn đá là:

p₂=m₂.v₂ = 0,5.10 = 5 kg.m/s

c) Độ lớn động lượng của electron là:

p₃=m₃.v₃ = 2 x 10⁷ x 9,1x 10⁻³¹= 18.2 x 10⁻²⁴ kg.m/s

Câu 4: Một xe tải khối lượng 1.5 tấn đang chuyển động với tốc độ 36 km/h. và một ô tô có khối lượng 750kg chuyển động ngược chiều với tốc độ 54 km/h. So sánh động lượng của hai xe

Giải nhanh:

Đổi 1,5 tấn = 1500kg; 36km/h= 10m/s; 54 km/h=15 m/s

Động lượng của chiếc xe tải là 1 500x 10 =15 000 kg.m/s

Động lượng của chiếc xe ô tô là: 750 x 15 =11 250 kg.m/s

=> Vậy động lượng của chiếc xe tải lớn hơn chiếc ô tô

Câu 5: Tại sao đơn vị của động lượng còn có thể viết tắt là N.s?

Giải nhanh:

Ta có Trọng lượng = khối lượng x gia tốc => khối lượng = trọng lượng / gia tốc => Động lượng = (trọng lượng / gia tốc ) x vận tốc.

Xét về đơn vị ta có: (N/ m/ s²) x m/s= (N.m.s²)/ m.s = N.m

Câu 6:

a. Xung lượng của lực gây ra tác dụng gì?

b. Một quả bóng khối lượng m đang bay ngang với tốc độ v thì đậ vào một bức tường và bật trở lại với tốc độ như cũ. Xung lượng của lực gây ra của tường lên bóng là

A. mv

B. -mv

C. 2mv

D. -2mv

Giải nhanh:

a. Xung lượng của lực làm biến đổi trạng thái chuyển động của vật.

b. Đáp án C

Câu 7: Thủ môn khi bắt bóng mà không muốn bị đau tay và bị ngã thì hải co tay lại và lùi người một chút theo hướng đi của bóng. Thủ môn làm thế là để:

A. Làm giảm động lượng của quả bóng

B. Làm giảm độ biến thiên động lượng của quả bóng

C. Làm tăng xung lượng của lực quả bóng lên tay

D. Làm giảm cường độ của lực quả bóng tác dụng lên tay

Giải nhanh:

Đáp án D

Câu 8: Một quả bóng gôn có khối lượng 46g đang nằm yên. Sau một cú đánh, quả bóng bay lên với tốc độ 70m/s. Tính xung lượng của lực và độ lớn trung bình của lực tác dụng vào quả bóng. Biết thời gian tác dụng là 0.5 x 10⁻³s.

Giải nhanh:

Đổi: 46g= 0,046kg

Độ biến thiên động lượng của bóng là: m.v1- m.v0= m.v1 = 0,046 x 70 = 3,22 kg.m/s

Vậy xung lượng của quả bóng là 3,22 kg.m/s

=> F. Δt= Fx 0,5 x 10⁻³= 3,22 => F= 6 440 N

Vậy Độ lớn trung bình của lực tác dụng vào quả bóng là: 6 440 N

Câu 9: Hai vật có khối lượng lần lượt là m1= 1kg, m2= 2kg chuyển động với vận tốc có độ lớn lần lượt là v1=3m/s, v2=2 m/s.

a. Tính động lượng của mỗi vật.

b. Vật nào khó dừng lại hơn? Vì sao?

Giải nhanh:

a. Động lượng của:

Vật 1 là: 1 x 3 = 3 kg.m/s

Vật 2 là: 2 x 2 = 4 kg.m/s

b. Vật 2 khó dừng lại hơn vì có động lượng lớn hơn

Phần em có thể

Câu 1: Mô tả và tính độ lớn động lượng của Trái Đất trong chuyển động quanh Mặt Trời, khi biết khối lượng Trái Đất và bán kính quỹ đạo.

Giải nhanh:

(1) Mô tả:

Quỹ đạo của Trái Đất là đường đi của Trái Đất xung quanh Mặt Trời. 

(2). Để tính được độ lớn động lượng của Trái Đất trong chuyển động quanh Mặt Trời ta cần xác định được tốc độ chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời.

m_TD= 5,972. 10²⁴ (kg)

Bán kính quỹ đạo R = 1496.10⁸ (m)

Thời gian Trái Đất quay một vòng quanh Mặt Trời: t = 365,25 ngày = 31 557 600 (s)

=> Tốc độ chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời là: ≈ 29 785 (m/s)

=> Độ lớn động lượng của Trái Đất trong chuyển động quanh Mặt Trời là:

p = m.v = 5,972. 10²⁴. 29 785= 1,73.10²⁹ kg.m/s

Câu 2: Tính động lượng của hệ “tên lửa + khí” ngay trước và sau khi phụt khí, khi đã biết khối lượng, vận tốc của tên lửa và của khí phụt ra.

Giải nhanh:

Gọi m₁, v₁, m₂ lần lượt là khối lượng tên lửa, vận tốc tên lửa và khối lượng khí trước khi phụt

=> Động lượng của hệ “tên lửa + khí” ngay trước khi phụt khí là: =(m₁+m₂).

Gọi m1,v,m2,v2 lần lượt là khối lượng tên lửa, vận tốc tên lửa, khối lượng khí và vận tốc khí sau khi phụt. Khi đó: 

Động lượng của hệ “tên lửa + khí” ngay sau khi phụt khí là: =m₁. +m₂.