Bài viết này sẽ giúp các em hiểu: Khái niệm động lượng là gì? công thức tính động lượng và định luật bảo toàn động lượng? vận dụng định luật bảo toàn động lượng trong thực tế.
1. Động lượng
– Khái niệm động lượng: Đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của vật này lên vật khác thông qua tương tác giữa chúng được gọi là động lượng.
– Động lượng của một vật là đại lượng được đo bằng tích của khối lượng và vận tốc của vật
– Trong hệ SI, động lượng có đơn vị là kg.m/s
> Lưu ý:
– Động lượng là một đại lượng vectơ có hướng cùng với hướng của vận tốc.
– Động lượng phụ thuộc vào hệ quy chiếu.
– Vectơ động lượng của nhiều vật bằng tổng các vectơ động lượng của các vật đó
2. Định luật bảo toàn động lượng
a) Khái niệm hệ kín
– Một hệ được xem là hệ kín khi hệ đó không có tương tác với các vật bên ngoài hệ.
– Ngoài ra, khi tương tác các vật bên ngoài hệ lên hệ bị triệt tiêu hoặc không đáng kể so với tương tác giữa các thành phần của hệ, hệ vẫn có thể được xem gần đúng là hệ kín.
* Ví dụ: Chuyển động của tên lửa, va chạm của các viên bi da được xem là hệ kín.
b) Định luật bảo toàn động lượng
Động lượng của một hệ kín luôn bảo toàn:
Trong đó
lần lượt là động lượng của vật 1, vật 2,…, vật n trước khi xảy ra tương tác
lần lượt là động lượng của vật 1, vật 2,…, vật n sau khi xảy ra tương tác
c) Vận dụng định luật bảo toàn động lượng
* Ví dụ: Một nữ phi hành gia đang thực hiện nhiệm vụ tại một vị trí cách của trạm không gian một đoạn 140m thì sợi dây kết nối cô với trạm đột ngột bị đứt. Để có thể quay trở lại, từ trạng thái cân bằng, phi hành gia đã gỡ và ném bình oxygen với tốc độ 5m/s theo hướng ra xa trạm không gian (hình 18.6).
Biết tổng khối lượng của phi hành gia và toàn bộ thiết bị hỗ trợ (kể cả bình oxygen) là 82kg, khối lượng bình oxygen là 12kg và lượng khí trong mũ bảo hiểm đủ để cô có thể duy trì hô hấp thông thường trong 3 phút. Hỏi phi hành gia có thể quay trở về trạm không gian an toàn không?
* Lời giải:
Ngoại lực tác dụng lên hệ gồm phi hành gia (bao gồm đồ bảo hộ) và bình oxygen trong quá trình tương tác bị triệu tiêu, do đó hệ có thể xem như kín và động lượng của hệ được bảo toàn.
Chọn trục Ox có phương trùng với đường nối từ của trạm không gian đến vị trí ban đầu của phi hành gia, chiều dương là chiều ném bình oxygen.
Tổng khối lượng của phi hành gia và đồ bảo hộ là m1 = 70(kg).
Trước khi ném: động lượng của cả phi hành gia và bình oxygen đều có độ lớn = 0.
Sau khi ném: động lượng của phi hành gia và bình oxygen lần lượt là:
và
Theo định luật bảo toàn động lượng:
Chiếu theo trục Ox, ta có:
Quãng đường tối đa phi hành gia có thể di chuyển trong khoảng thời gian an toàn cho phép là:
Như vậy, phi hành gia có thể quay trở lại trạm không gian an toàn.