SciSimulator
Quay lại thí nghiệm

Bảo toàn Động lượng: Va chạm Đàn hồi Hướng dẫn

Vật lýTrung cấpThời gian đọc: 4 phút

Tổng quan

Khám phá định luật bảo toàn động lượng thông qua các thí nghiệm va chạm bóng.

Bối cảnh

Khái niệm Động lượng lần đầu tiên được Descartes đề xuất, ông gọi nó là 'lượng chuyển động'. Sau đó, trong 'Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên', Newton đã chính thức định nghĩa động lượng là tích của khối lượng mm và vận tốc vv, tức là p=mvp = mv. Định luật thứ hai của Newton thực sự mô tả lực là tốc độ thay đổi của động lượng theo thời gian. Định luật bảo toàn động lượng là một trong những định luật bảo toàn cơ bản nhất trong vật lý. Phạm vi áp dụng của nó thậm chí còn rộng hơn các định luật Newton, áp dụng không chỉ cho các vật thể vĩ mô tốc độ thấp mà còn cho các hạt vi mô và các hệ tương đối tính tốc độ cao.

Bối cảnh

  • Thế kỷ 17: Descartes đề xuất quan điểm bảo toàn 'lượng chuyển động', nhưng ông không phân biệt hướng của vận tốc, nên đã có sai sót.
  • 1668: Hội Hoàng gia Luân Đôn đã lập một giải thưởng. Huygens, Wallis và Wren đã độc lập đưa ra câu trả lời chính xác cho các vấn đề va chạm, thiết lập bản chất vectơ của bảo toàn động lượng.
  • 1687: Trong 'Principia', Newton định nghĩa động lượng là tích của khối lượng và vận tốc và biến nó thành khái niệm cốt lõi của định luật thứ hai.

Khái niệm chính

Động lượng (Momentum)

p=mvp = mv

Tích của khối lượng và vận tốc của một vật.

Bảo toàn động lượng

pinitial=pfinalp_{initial} = p_{final}

Nếu một hệ không chịu tác dụng của ngoại lực hoặc tổng vectơ của các ngoại lực bằng không, thì tổng động lượng của hệ không đổi.

Công thức và diễn giải

Định nghĩa động lượng

p=mvp = mv
Động lượng bằng khối lượng nhân với vận tốc

Bảo toàn động lượng

m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'
Tổng động lượng trước va chạm bằng tổng động lượng sau va chạm

Va chạm mềm (hoàn toàn không đàn hồi)

m1v1+m2v2=(m1+m2)v′m_1v_1 + m_2v_2 = (m_1 + m_2)v'
Sau va chạm, hai vật dính vào nhau và cùng chuyển động

Các bước thí nghiệm

  1. 1

    Khám phá va chạm đàn hồi hoàn toàn

    Đặt hệ số đàn hồi thành 11. Đặt khối lượng của hai quả bóng giả sử m1=m2=1.0kgm_1 = m_2 = 1.0kg, và vận tốc ban đầu v1=5m/s,v2=0v_1 = 5m/s, v_2 = 0. Vận tốc của hai quả bóng sau va chạm là bao nhiêu? Tính và so sánh pinitialp_{initial} và pfinalp_{final}. Mối quan hệ giữa chúng là gì?
  2. 2

    Khám phá va chạm mềm (hoàn toàn không đàn hồi)

    Đặt hệ số đàn hồi thành 00. Sau va chạm, hai quả bóng sẽ chuyển động với vận tốc chung. Ghi lại tổng động lượng tại thời điểm này. Động lượng còn được bảo toàn không? Năng lượng (động năng) có được bảo toàn không?
  3. 3

    Ảnh hưởng của khối lượng đến va chạm

    Đặt m1=0.5kg,m2=5.0kgm_1 = 0.5kg, m_2 = 5.0kg (bóng nhẹ va vào bóng nặng). Quan sát hướng chuyển động của bóng 11 thay đổi như thế nào sau va chạm. Tổng vectơ động lượng có còn không đổi không?

Mục tiêu học tập

  • Hiểu sâu về bản chất vectơ của động lượng.
  • Kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng đúng trong cả va chạm đàn hồi và không đàn hồi.
  • Nhận ra rằng cơ năng bị mất đi trong va chạm không đàn hồi, nhưng động lượng vẫn được bảo toàn.

Ứng dụng thực tế

  • Bida: Va chạm giữa các quả bóng bida có thể được coi gần đúng là va chạm đàn hồi hoàn toàn. Khi một quả bóng đập chính diện vào một quả bóng khác có cùng khối lượng đang đứng yên, sự truyền động lượng gây ra sự trao đổi vận tốc.
  • Đẩy tên lửa: Tên lửa phun khí ra phía sau với tốc độ cao, sử dụng định luật bảo toàn động lượng để có được lực đẩy về phía trước (chuyển động phản lực).
  • An toàn va chạm ô tô: Thiết kế vùng hấp thụ xung lực của ô tô sử dụng các nguyên lý động lượng và xung lượng, giảm lực tác động F=Δp/ΔtF = \Delta p / \Delta t lên hành khách bằng cách kéo dài thời gian va chạm Δt\Delta t.

Sự hiểu lầm phổ biến

Sai
Động lượng và động năng là một
Đúng
Động lượng được bảo toàn trong tất cả các loại va chạm (miễn là không có ngoại lực), nhưng động năng chỉ được bảo toàn trong va chạm đàn hồi hoàn toàn. Va chạm không đàn hồi liên quan đến mất năng lượng.
Sai
Động lượng là vô hướng
Đúng
Động lượng là vectơ và có hướng. Trong va chạm một chiều, phải chú ý đến dấu dương và âm của vận tốc.

Đọc thêm

Sẵn sàng bắt đầu?

Bây giờ bạn đã nắm được kiến thức cơ bản, hãy bắt đầu thí nghiệm tương tác!

Bắt đầu thí nghiệmBắt đầu trắc nghiệm