MỞ ĐẦU

Quan sát hình dưới đây.

- Hình a: Xe tải và xe con đang chạy cạnh nhau với cùng vận tốc. Khi đèn tín hiệu màu đỏ bật sáng, xe nào muốn dừng lại cần phải có một lực hãm lớn hơn? Tại sao?

- Hình b: Cầu thủ đá bóng sút phạt 11 m. Thủ môn khó bắt bóng hơn khi bóng bay tới có tốc độ lớn hay nhỏ? Tại sao?

Giải chi tiết:

- Hình a: Khi đèn tín hiệu màu đỏ bật sáng, xe tải muốn dừng lại cần phải có một lực hãm lớn hơn vì khối lượng của xe tải lớn hơn xe con, quán tính cũng lớn hơn.

- Hình b: Thủ môn khó bắt bóng hơn khi bóng bay tới có tốc độ lớn. Vì khi tốc độ của quả bóng càng lớn thì thời gian để thủ môn đưa ra phản ứng càng ngắn. Hơn nữa, khi tốc độ của quả bóng càng lớn thì động lượng của nó càng lớn (tức khả năng truyền chuyển động càng lớn). Vậy nên thủ môn rất khó đẩy được quả bóng ra ngoài.

I. Động lượng

HOẠT ĐỘNG

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 chi tiết:

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 khi va chạm với viên bi C, làm cho viên bi C lăn xa hơn. Vì khi viên bi A ở độ dốc lớn hơn sẽ có năng lượng (thế năng hấp dẫn) lớn 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 1: Tìm ví dụ minh hoạ cho ý nghĩa vật lý trên của động lượng

Giải chi tiết:

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 2:

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 chi tiết:

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 chi tiết:

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 chi tiết:

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

• Quả bóng đang đứng yên sau khi chịu tác dụng lực của chân cầu thủ thì chuyển động cùng hướng với vận tốc sút của cầu thủ.
• Quả bóng bi-a đang chuyển động theo hướng này, sau khi chịu tác dụng của phản lực từ thành bàn hoặc vợt của người chơi thì chuyển động theo hướng khác.
• Quả bóng gôn đang đứng yên sau khi chịu tác dụng lực từ cây gậy do tay của người chơi truyền vào thì chuyển động cùng hướng với vận tốc mà lực của cây gậy tác dụng.

(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.

Câu 3:

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 chi tiết:

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 4: 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 chi tiết:

Đáp án D

Câu 5: 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 chi tiết:

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 6: 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 chi tiết:

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

Giải chi tiết:

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

2. Liên hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên động lượng

Câu 1:

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 chi tiết:

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

b. Đáp án C

Câu 2: 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 chi tiết:

Đáp án D

Câu 3: 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 chi tiết:

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 4: 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 chi tiết:

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

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 chi tiết:

(1) Mô tả:

Quỹ đạo của Trái Đất là đường đi của Trái Đất xung quanh Mặt Trời. Trái Đất quay trên quỹ đạo quanh Mặt Trời với khoảng cách 1 496 .105 km hết 365,25 ngày.

(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 chi tiết:

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.