Đề Xuất 3/2023 # Ứng Dụng Định Luật Bảo Toàn Động Lượng Để Chế Tạo Tên Lửa Nước » Trung Tâm Giáo Dục Nghề Nghiệp # Top 11 Like

Cập nhật nội dung chi tiết về Ứng Dụng Định Luật Bảo Toàn Động Lượng Để Chế Tạo Tên Lửa Nước » Trung Tâm Giáo Dục Nghề Nghiệp mới nhất trên website Sieuphampanorama.com. Hy vọng thông tin trong bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu ngoài mong đợi của bạn, chúng tôi sẽ làm việc thường xuyên để cập nhật nội dung mới nhằm giúp bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất.

I. Lý do chọn đề tài

Vật lý học là môn học thực nghiệm và có vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển của nhân loại. Từ việc tìm ra những quy luật vận động của thế giới tự nhiên, các nhà vật lý đã tìm ra những định luật, những nguyên lý, những lý thuyết để giải thích và làm cơ sở để các nhà khoa học áp dụng vào thực tiễn. Một trong những định luật quan trọng đã đưa con người vươn tầm với của mình ra xa vũ trụ đó là định luật bảo toàn động lượng. Đối với việc dạy học Vật lý trong nhà trường phổ thông, nhiệm vụ của người giáo viên không chỉ truyền thụ cho học sinh những kiến thức cơ bản của khoa học Vật lý mà còn cần phải có những thông tin để học sinh thấy được Vật lý học phát triển không ngừng và gắn liền với thực tiễn. Bên cạnh đó cần có những buổi ngoại khoá để tạo sân chơi, tạo điều kiện cho học sinh nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện ứng dụng Vật lý vào đời sống. Một chương trình ngoại khoá sẽ thật sự hấp dẫn và hiệu quả nếu chúng ta kết hợp một sân chơi về kiến thức Vật lý và ứng dụng chế tạo những thí nghiệm, những mô hình đơn giản mà học sinh có thể làm được. Định luật bảo toàn động lượng là một định luật được áp dụng rất nhiều trong việc chế tạo những động cơ chuyển động bằng phản lực. Nó rất gần gũi với thực tế đồng thời học sinh hoàn toàn có thể chế tạo các mô hình ứng dụng của nó. Tên lửa nước là một trong số đó.

II. Nội dung đề tài

* Cơ sở lý thuyết

Định luật bảo toàn động lượng là một định luật quan trọng trong chương trình vật lý phổ thông. Việc ứng dụng định luật bảo toàn động lượng vào cuộc sống rất phổ biến. Ta có thể bắt gặp ở chuyển động của tên lửa, máy bay phản lực, chuyển động của pháo thăng thiên, chuyển động giật lùi của súng và khẩu đại bác khi bắn, chuyển động của các con vật ở dưới nước như bạch tuộc… và gần gũi hơn là chuyển động của quả bong bóng sau khi được thổi đầy hơi v.v.. Đề tài nhằm mục tiêu giúp học sinh ứng dụng định luật bảo toàn động lượng thiết kế các “động cơ” chuyển động bằng phản lực đơn giản. Nhưng trước hết để học sinh có thể làm được thì cần hiểu rõ nội dung của định luật bảo toàn động lượng cũng như chuyển động bằng phản lực.

1. Hệ cô lập (hệ kín)

Một hệ vật (gồm nhiều vật) được gọi là hệ kín nếu chỉ có những lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau (nội lực) mà không có tác dụng từ các vật bên ngoài hệ ( ngoại lực), hoặc nếu có thì các lực này phải tự triệt tiêu lẫn nhau.

2. Động lượng

Động lượng là một đại lượng vật lý được đo bằng tích của khối lượng và vận tốc của vật. Động lượng có hướng cùng hướng với vectơ vận tốc, có đơn vị kgm/s trong hệ SI.

3. Định luật bảo toàn động lượng

Trong một hệ cô lập, tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn.

4. Chuyển động bằng phản lực

Trong một hệ kín đứng yên, nếu có một phần của vật chuyển động theo một hướng thì phần còn lại sẽ chuyển động theo hướng ngược lại; chuyển động theo nguyên tắc đó gọi là chuyển động bằng phản lực. Ví dụ xét một khẩu đại bác đang đứng yên có khối lượng M, mang viên đạn m. Bắn viên đạn theo phương nằm ngang với vận tốc v về phía trước. Bỏ qua mọi ma sát, hệ khẩu đại bác và viên đạn trước và sau khi bắn là hệ kín. Gọi V là vận tốc khẩu đại bác. Theo định luật bảo toàn động lượng ta có:

m. v ⃗ + M. V ⃗ = 0 ⟹ V ⃗ = – (m.v ⃗)/M

Vậy sau khi bắn khẩu đại bác giật lùi trở lại phía sau.

Đó là chuyển động bằng phản lực. Vì thế khẩu đại bác thường được thiết kế rất nặng so với đạn để khi bắn khẩu đại bác ít bị giật lùi. Cũng giống như khi bắn súng trường, ta thường phải áp bán súng rất chặt vào bả vai để hạn chế sự giật lùi của súng, làm tăng độ chính xác khi bắn mục tiêu.

Những chiếc máy bay phản lực hiện đại có tốc độ khoảng 900km/h đến hơn 1300km/h. Động cơ được thiết kế ở phần đầu có máy hút và nén khí. Khi nhiên liệu cháy, hỗn hợp khí sinh ra bị đẩy về phía sau tạo ra phản lực đẩy máy bay về trước, đồng thời làm quay tuabin của máy nén. Động cơ tên lửa cũng hoạt động theo cùng nguyên tắc nhưng chỉ khác động cơ tên lửa không cần đến môi trường khí quyển bên ngoài, tức là động cơ tên lửa chỉ đốt cháy phần nhiên liệu mang theo và khí phụt ra ngoài gay nên phản lực chứ không cần hút không khí từ bên ngoài vào.

6. Tên lửa nước

Tên lửa nước hoạt động theo nguyên tắc phản lực: – Không khí được bơm vào trong thân tên lửa làm gia tăng áp suất. – Khi tên lửa được phóng ,do áp suất trong thân tên lửa cao hơn bên ngoài nên không khí sẽ phun ra ngoài theo lỗ hổng ở đuôi tên lửa (miệng chai). Tên lửa sẽ được đẩy về phía trước theo định luật bảo toàn động lượng: MV = mv Trong đó: M: Là khối lượng của tên lửa. V: Là vận tốc của tên lửa. m: Là khối lượng của khí và nước phun ra. v: Là vận tốc của khí và nước. – Như vậy, nước được cho vào tên lửa nhằm tăng khối lượng và động lượng vật chất phun ra và do đó sẽ làm tăng vận tốc tên lửa.

II. Hướng dẫn chế tạo tên lửa nước (Water Rocket)

1. Cấu tạo

Tên lửa nước được chế tạo từ chai nhựa dung tích 1,5 lít. Nhiên liệu là hỗn hợp nước và không khí. Bệ phóng là khung được ghép từ các ống PVC.

2. Nguyên tắc hoạt động

Không khí được bơm vào chai chứa nước. Khi áp suất trong chai tăng cao thì nước và không khí sẽ phụt ra phía sau đẩy tên lửa bay về trước.

3. Các bước thực hiện chế tạo tên lửa nước 3.1 Chuẩn bị

– Hai chai nhựa loại 1,5 lít, đường kính miệng ống 21mm – Giấy bìa cứng – 1m25 ống nước PVC đường kính 21mm: cắt thành 7 đoạn, 6 đoạn dài 15cm, 1 đoạn dài 35cm – 1 đoạn ống PVC 42mmm dài 5cm – 4 đầu bịt ống 21mm – 3 nối ống 21mm chữ T – 10 sợi dây rút nhựa (lạt nhựa) – 1 van xe máy (hoặc van xe đạp) – 1 miếng săm xe – Keo dán ống PVC – 1 cuộn keo lụa quấn ống nước. – 1 đồng hồ đo áp suất

3.2 Thực hiện a. Phần cánh

Cánh tên lửa nước có thể được làm từ giấy bìa cứng, nhựa dẻo hay bất kỳ vật liệu nào có độ cứng và dễ cắt ghép. Thông thường ta làm tên lửa nước có 3 cánh.

Sau đó ghép cánh vào đuôi tên lửa nước, là phần đầu của chai nước ngọt, có thể ghép trực tiếp vào chai hoặc ghép qua lớp vỏ bao phía ngoài. Chú ý tránh làm chai nước ngọt bị thủng vì như thế nước sẽ bị rò rỉ ra ngoài, tên lửa nước sẽ không đạt đươc hiệu suất như mong muốn.

Ghép cánh trực tiếp vào thân, ta có thể dùng keo dán. Phải đảm bảo cánh được dán thật chắc để không bị rơi ra trong qua trình bay. Có thể dùng giấy bìa cứng cuộn lại thành một lớp vỏ bọc để dán cánh vào. Đường kính của lớp vỏ bọc đó bằng đường kính của thân tên lửa.

b. Phần chóp

Có 2 cách đơn giản để chế tạo phần chóp: – Cách 1: sử dụng phần đầu vỏ chai được cắt ra, sau đó ghép vào thân tên lửa có sẵn ta đã có được phần chóp. – Cách 2 : sử dụng giấy bìa cứng cuộn lại thành chóp tên lửa: Làm chóp theo cách 2 này có nhược điểm là nếu làm bằng giấy bìa cứng sẽ dễ ướt dẫn đến hư chóp.

c. Làm dù cho tên lửa nước

Dù là bộ phận dùng để giảm chấn động cho tên lửa nước khi rơi, thường được đặt trong chóp tên lửa nước. Vật liệu để làm dù thường là bao nylon. Ta cắt ra thành hình tròn sau đó cột các đoạn dây vào mép để làm dây dù. Sau đó làm khoang chứa dù theo các bước sau:

Ta cột các đầu dây dù còn lại vào thành của khoang dù, sau đó cuộn lại thật gọn và cho vào khoang dù như hình dưới. Ta đã có một khoang chứa dù hoàn chỉnh cho tên lửa nước.

d. Chế tạo dàn phóng

Phần van để bơm khí vào ta gắn vào một đầu bịt ống. Đầu bịt ống này được làm bằng phẳng ( có thể dùng cưa để cưa đi phần thừa) sau đó đục một lỗ và cho van xe đạp vào. Ta dùng các miếng xăm chèn vào chỗ tiếp giáp giữa van và ống nước để tránh rò rỉ khí.

e. Khóa tên lửa o Dùng 6 sợi dây rút nhựa quấn quanh đoạn ống 35cm o Cột cố định 6 sợi dây lại và dùng keo nến để gia cố thêm o Luồn ống 40cm vào để các khóa ngàm dây rút vào ngạnh ở cổ chai 4. Hoạt động

Đút phần đuôi tên lửa nước vào ống đường kính 21mm dài 35cm. Các mấu của lạt nhựa được giữ chặt vào cổ chai bằng đoạn ống nước đường kính 40mm. Bơm khí vào tên lửa nước qua van. Muốn cho tên lửa bay lên chỉ cần giật đoạn ống 40mm để các mấu của lạt nhựa bung ra qua đó tên lửa nước được giải phóng và bay lên.

III. Kết luận

Học sinh tham khảo bài viết trên có thể tự chế tạo một chiếc tên lửa nước theo ý mình, từ đó thấy được ứng dụng thực tiễn của Vật lý vào đời sống. Hy vọng rằng đề tài sẽ làm tăng tình yêu thích của các em học sinh đối với môn học Vật lý và góp phần nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện.

Tác giả: Nguyễn Thị Linh

Ứng Dụng Định Luật Bảo Toàn Động Lượng Để Chế Tạo Tên Lửa Nước ” Trung Tâm Giáo Dục Nghề Nghiệp

I. Lý do chọn đề tài

II. Nội dung đề tài

* Cơ sở lý thuyết

1. Hệ cô lập (hệ kín)

2. Động lượng

3. Định luật bảo toàn động lượng

Trong một hệ cô lập, tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn.

4. Chuyển động bằng phản lực

m. v ⃗ + M. V ⃗ = 0 ⟹ V ⃗ = – (m.v ⃗)/M

Vậy sau khi bắn khẩu đại bác giật lùi trở lại phía sau.

6. Tên lửa nước

II. Hướng dẫn chế tạo tên lửa nước (Water Rocket)

1. Cấu tạo

Tên lửa nước được chế tạo từ chai nhựa dung tích 1,5 lít. Nhiên liệu là hỗn hợp nước và không khí. Bệ phóng là khung được ghép từ các ống PVC.

2. Nguyên tắc hoạt động

Không khí được bơm vào chai chứa nước. Khi áp suất trong chai tăng cao thì nước và không khí sẽ phụt ra phía sau đẩy tên lửa bay về trước.

c. Làm dù cho tên lửa nước

III. Kết luận

Tác giả: Nguyễn Thị Linh

Áp Dụng Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng Và Định Luật Bảo Toàn Động Lượng

Chúng tôi trích giới thiệu với các bạn một số bản dịch từ tác phẩm Những câu hỏi và bài tập vật lí phổ thông của hai tác giả người Nga L. Tarasov và A. Tarasova, sách xuất bản ở Nga năm 1968. Bản dịch lại từ bản tiếng Anh xuất bản năm 1973.

§10. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn động lượng

GV: Để mở đầu, tôi muốn nêu ra một vài bài toán đơn giản. Bài thứ nhất: Hai vật trượt không ma sát xuống hai mặt phẳng nghiêng có độ cao H bằng nhau nhưng với hai góc nghiêng khác nhau 2. Vận tốc ban đầu của hai vật bằng không. Tìm vận tốc của hai vật tại cuối đường đi của chúng. Bài thứ hai: Chúng ta biết công thức biểu diễn vận tốc cuối của một vật theo gia tốc và quãng đường đi v = (2as) dùng cho trường hợp khi không có vận tốc ban đầu. Công thức này sẽ có dạng như thế nào nếu như vật có vận tốc ban đầu v0? Bài thứ ba: Một vật được ném từ một độ cao H với vận tốc nằm ngang v0. Tìm vận tốc của nó khi nó rơi chạm đất. Bài thứ tư: Một vật được ném lên hợp một góc với phương ngang với vận tốc ban đầu v0. Tìm độ cao cực đại mà vật lên tới.

HS A: Em sẽ giải bài thứ nhất theo cách như sau. Trước tiên, chúng ta xét một trong hai mặt phẳng nghiêng, chẳng hạn mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng 1. Có hai lực tác dụng lên vật: trọng lực P và phản lực pháp tuyến . Ta phân tích lực P thành hai thành phần, một thành phần song song với mặt phẳng nghiêng ( P sin 1) và thành phần kia vuông góc với nó ( P cos 1). Sau đó ta viết phương trình cho những lực vuông góc với mặt phẳng nghiêng:

Vì kết quả cuối cùng không phụ thuộc vào góc nghiêng, nên nó cũng áp dụng được cho mặt phẳng nghiêng thứ hai với góc nghiêng 2.

Để giải bài toán thứ hai, em sẽ sử dụng những phương trình động học đã biết

v = v0 + at s = v0t + at2/2

Từ phương trình thứ nhất ta tìm được . Thay vào cho t trong phương trình thứ hai ta được

Để giải bài thứ ba, trước tiên em sẽ tìm thành phần vận tốc nằm ngang và thành phần vận tốc thẳng đứng của vận tốc ban đầu. Vì vật chuyển động với vận tốc không đổi theo phương ngang nên . Theo phương thẳng đứng, vật chuyển động với gia tốc g nhưng không có vận tốc ban đầu. Do đó, ta có thể sử dụng công thức √(2gH). Vì tổng bình phương hai cạnh của một tam giác vuông bằng với bình phương cạnh huyền, nên kết quả cuối cùng là

Bài toán thứ tư đã đề cập trong §5. Ta cần phân tích vận tốc ban đầu thành những thành phần nằm ngang ( cos) và thẳng đứng ( sin). Sau đó ta xét chuyển động thẳng đứng của vật và, trước tiên, ta tìm thời gian đi lên từ công thức sự phụ thuộc của vận tốc vào thời gian trong chuyển động chậm dần đều (sin), biết rằng lúc vận tốc thẳng đứng của vật biến mất. Như vậy sin = 0, từ đó sin. Thời gian đã biết, giờ ta tìm độ cao H từ công thức đường đi phụ thuộc thời gian của chuyển động chậm dần đều. Như vậy

GV: Trong cả bốn trường hợp em đều đã có đáp số đúng. Tuy nhiên, tôi không hài lòng với cách em giải những bài toán này. Chúng có thể được giải đơn giản hơn nhiều nếu em sử dụng định luật bảo toàn năng lượng. Các em có thể tự thấy điều đó.

Bài thứ nhất. Định luật bảo toàn năng lượng có dạng mgH = mv2/2 (thế năng của vật tại đỉnh mặt phẳng nghiêng bằng với động năng của nó tại chân mặt phẳng nghiêng). Từ phương trình này ta dễ dàng tìm được vận tốc của vật tại chân mặt phẳng nghiêng

Bài thứ hai. Trong trường hợp này, định luật bảo toàn năng lượng có dạng , trong đó mas là công thực hiện bởi lực đang truyền gia tốc a cho vật. Biểu thức này lập tức đưa đến , hay

Bài thứ tư. Tại điểm vật được ném lên, năng lượng của nó bằng mv 02/2. Tại điểm trên cùng của quỹ đạo của nó, năng lượng của vật là . Vì vận tốc tại điểm trên cùng bằng cos, cho nên, sử dụng định luật bảo toàn năng lượng

HS A: Vâng, em thấy khá rõ là những bài toán này có thể giải theo một cách đơn giản hơn nhiều. Tiếc là em đã không sử dụng định luật bảo toàn năng lượng.

GV: Thật không may, các thí sinh thường hay quên định luật này. Cho nên, họ bắt đầu giải những bài toán như vậy bằng những phương pháp rắc rối hơn, do đó làm tăng thêm xác suất sai sót. Lời khuyên của tôi là: hãy linh hoạt hơn và sử dụng rộng rãi định luật bảo toàn năng lượng.

Ở đây nảy sinh vấn đề: Các em có thể sử dụng định luật này thành thạo như thế nào?

HS A: Em thấy dường như không cần kĩ năng đặc biệt nào hết; định luật bảo toàn năng lượng khá đơn giản.

GV: Khả năng áp dụng chính xác một định luật vật lí không được quyết định bởi tính phức tạp hay tính đơn giản của nó. Xét một ví dụ. Giả sử một vật chuyển động với vận tốc không đổi trong một vòng tròn nằm trong mặt phẳng ngang. Không có lực ma sát. Vật chịu một lực hướng tâm. Công thực hiện bởi lực này trong một vòng chuyển động của vật là bao nhiêu?

HS A: Công bằng tích của lực và quãng đường đi mà nó tác dụng. Như vậy, trong trường hợp của chúng ta nó bằng πR = 2, trong đó R là bán kính của vòng tròn, m và v là khối lượng và vận tốc của vật.

GV: Theo định luật bảo toàn năng lượng, công không thể hoàn toàn biến mất. Công em vừa mới tính đã biến thành cái gì?

HS A: Nó dùng để làm quay vật.

GV: Tôi không hiểu. Hãy nói chính xác hơn.

HS A: Nó giữ cho vật chuyển động tròn.

GV: Lí giải của em sai rồi. Không cần có công gì hết để giữ cho vật chuyển động tròn.

HS A: Vậy em không biết làm sao trả lời câu hỏi của thầy.

GV: Năng lượng truyền cho một vật có thể được phân bố, như các nhà vật lí nói, trong các “kênh” sau đây: (1) tăng động năng của vật; (2) tăng thế năng của nó; (3) công thực hiện bởi vật đã cho lên những vật khác và (4) nhiệt sinh ra do ma sát. Đó là nguyên lí chung mà không phải thí sinh nào cũng hiểu rõ.

Giờ hãy xét công của lực hướng tâm. Vật chuyển động với một vận tốc không đổi và do đó động năng của nó không tăng. Như vậy, kênh thứ nhất bị loại. Vật chuyển động trong mặt phẳng nằm ngang và hệ quả là thế năng của nó không thay đổi. Kênh thứ hai cũng bị loại. Vật đã cho không thực hiện bất cứ công nào lên vật khác, cho nên kênh thứ ba bị loại. Cuối cùng, mọi loại ma sát đã bị loại trừ. Hệ quả là loại luôn kênh thứ tư và là kênh cuối cùng.

HS A: Nhưng khi đó có hay không có công của lực hướng tâm?

GV: Như em thấy đó, không có. Bây giờ vẫn còn cơ hội cho em đưa ra kết luận của mình. Hoặc là em thừa nhận rằng định luật bảo toàn năng lượng không đúng, và khi đó toàn bộ vướng mắc của em không còn nữa, hoặc là em tiếp tục công nhận giá trị của định luật này và rồi… Tuy nhiên, hãy cố gắng tìm cách loại đi những khó khăn của em.

HS A: Theo em vẫn nên kết luận rằng lực hướng tâm không thực hiện công nào hết.

GV: Đó là một kết luận khá hợp lí. Tôi muốn nói rằng nó chính là hệ quả trực tiếp của định luật bảo toàn năng lượng.

HS B: Mọi thứ đã sáng tỏ rồi, nhưng chúng ta làm gì với công thức cho công thực hiện bởi một vật?

GV: Ngoài lực và quãng đường đi mà nó tác dụng, công thức này còn chứa cosin của góc giữa hướng của lực và vận tốc

A = Fs cos

Trong trường hợp đã cho cos = 0.

HS A: Ồ vâng, em hoàn toàn quên mất lượng cosin này.

GV: Tôi muốn nêu ra một ví dụ nữa. Xét hai bình thông nhau nối lại bằng một cái ống hẹp có van chặn. Giả sử lúc đầu toàn bộ chất lỏng ở bình bên trái và chiều cao của nó là H (Hình 43 a). Sau đó, chúng ta mở van và chất lỏng chảy từ bình bên trái sang bình bên phải. Dòng chảy ngừng lại khi có mức cao bằng nhau H/2 ở mỗi bình (Hình 43 b). Ta hãy tính thế năng của chất lỏng ở vị trí đầu và vị trí cuối. Để tính ta nhân trọng lượng của chất lỏng trong mỗi bình với nửa chiều cao của cột chất lỏng. Ở vị trí ban đầu thế năng bằng PH/2, và ở vị trí cuối thế năng là ( P/2)( H/4) + ( P/2)( H/4) = PH/4. Như vậy, ở trạng thái cuối thế năng của vật hóa ra chỉ bằng một nửa thế năng lúc ban đầu. Vậy một nửa năng lượng đã tiêu tán đi đâu?

HS A: Em sẽ cố gắng lí giải như thầy đã khuyên. Phần thế năng PH/4 có thể đã dùng để thực hiện công lên những vật khác, sinh nhiệt do ma sát, và động năng của chính khối chất lỏng. Đúng không thầy?

GV: Khá chính xác. Hãy nói tiếp đi.

HS A: Trong trường hợp của chúng ta, chất lỏng chảy từ bình này sang bình kia không thực hiện bất kì công nào lên vật khác. Chất lỏng không có động năng ở trạng thái cuối vì nó ở trạng thái tĩnh. Như vậy cái còn lại để kết luận là một nửa thế năng đã chuyển hóa thành nhiệt do ma sát. Thật vậy, em không có khái niệm rõ ràng cho lắm loại ma sát này là gì.

GV: Em đã lí giải chính xác và đi tới kết luận đúng. Tôi muốn bổ sung thêm vài lời về bản chất của lực ma sát đó. Ta có thể tưởng tượng rằng chất lỏng được chia thành từng lớp, mỗi lớp đặc trưng một tốc độ chảy rõ ràng. Lớp càng gần thành bình thì vận tốc của nó càng nhỏ. Có sự hoán đổi phân tử giữa các lớp, hệ quả của những phân tử có vận tốc cao hơn của chuyển động trật tự đi xen vào giữa những phân tử có vận tốc thấp hơn của chuyển động trật tự, và ngược lại. Như vậy, lớp “nhanh” có tác dụng làm tăng tốc lớp “chậm” và, ngược lại, lớp “chậm” có tác dụng làm giảm tốc lớp “nhanh”. Hình ảnh này cho phép chúng ta nói tới sự tồn tại của sự ma sát nội tại giữa các lớp. Sự chênh lệch vận tốc của các lớp ở giữa bình và ở gần thành bình càng lớn thì tác dụng ma sát càng mạnh. Lưu ý rằng vận tốc của các lớp ở gần thành bình bị ảnh hưởng bởi loại tác dụng nội tại giữa các phân tử chất lỏng và các phân tử thành bình. Nếu chất lỏng làm ướt bình chứa thì lớp liền kề với thành bình thật sự là tĩnh.

HS A: Điều này có phải là ở trạng thái cuối nhiệt độ của chất lỏng có phần cao hơn ở trạng thái ban đầu?

GV: Vâng, chính xác thế. Bây giờ chúng ta sẽ thay đổi điều kiện của bài toán đi một chút. Giả sử không có tương tác giữa chất lỏng và thành bình. Do đó, tất cả các lớp sẽ chảy với vận tốc bằng nhau và sẽ không có lực nội ma sát. Khi đó làm thế nào chất lỏng chảy từ bình này sang bình kia?

HS A: Ở đây thế năng sẽ giảm vì chất lỏng cần có động năng. Nói cách khác, trạng thái minh họa ở Hình 43 b không phải là trạng thái nghỉ. Chất lỏng sẽ tiếp tục chảy từ bình bên trái sang bình bên phải cho đến khi nó đạt tới trạng thái như thể hiện ở Hình 43 c. Ở trạng thái này thế năng một lần nữa bằng với ở trạng thái ban đầu (Hình 43 a).

GV: Hiện tượng gì sẽ xảy ra với chất lỏng sau đó?

HS A: Chất lỏng sẽ bắt đầu chảy về theo hướng ngược lại, từ bình bên phải sang bình bên trái. Như vậy, mực chất lỏng sẽ thăng giáng ở hai bình thông nhau.

GV: Những quan sát như thế có thể quan sát được, chẳng hạn, ở những bình thông nhau thủy tinh chứa thủy ngân. Chúng ta biết rằng thủy ngân không dính ướt thủy tinh. Tất nhiên, những thăng giáng này sẽ bị tắt dần theo thời gian, vì không thể nào loại trừ hoàn toàn sự tương tác giữa các phân tử chất lỏng và các phân tử thành bình.

HS A: Em thấy định luật bảo toàn năng lượng có thể được áp dụng khá tích cực.

GV: Đây là một bài toán khác dành cho các em. Một viên đạn khối lượng m, đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc v0, đến va chạm với một khối gỗ khối lượng M, treo lơ lửng bên dưới một sợi dây, và dính vào trong gỗ. Hỏi sau khi viên đạn cắm vào, khối gỗ sẽ nâng lên đến độ cao H bằng bao nhiêu, do sự lệch của dây treo khỏi vị trí cân bằng (Hình 44)?

HS A: Ta kí hiệu v1 là vận tốc của khối gỗ và viên đạn ngay sau khi đạn bay vào trong gỗ. Để tìm vận tốc này, ta dùng định luật bảo toàn năng lượng. Như vậy

Biết được vận tốc này, ta đi tính độ cao H bằng cách sắp xếp lại định luật bảo toàn năng lượng

GV (nói với HS B): Em nghĩ gì về cách giải này?

HS B: Tôi không tán thành thế. Chúng ta đã nói ở phần trước rằng trong những trường hợp như vậy cần sử dụng định luật bảo toàn động lượng. Do đó, thay cho phương trình (50), em sẽ dùng một liên hệ khác

mv0 = (m + M)v1(54)

(động lượng của viên đạn trước khi nó va chạm với khối gỗ bằng động lượng của viên đạn và khối gỗ sau đó). Từ biểu thức này ta có

GV: Chúng ta có hai quan điểm và hai kết quả khác nhau. Theo một quan điểm thì áp dụng định luật bảo toàn động năng, còn theo quan điểm kia thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng. Quan điểm nào đúng? (nói với HS A) Em có thể nói gì để chứng minh cho quan điểm của mình?

HS A: Em đã không sử dụng định luật bảo toàn động lượng.

GV (nói với HS B): Còn em sẽ nói gì?

HS B: Em không biết làm thế nào chứng minh cho quan điểm của mình. Em nhớ là khi gặp bài toán va chạm thì định luật bảo toàn động lượng luôn luôn có giá trị sử dụng, còn định luật bảo toàn năng lượng không phải lúc nào cũng dùng tốt. Vì trong trường hợp đã cho, những định luật này đưa đến những kết quả khác nhau, nên cách giải của em rõ ràng là đúng.

GV: Trước tiên, cách giải của em thật sự khá chính xác. Tuy nhiên, ta cần xét kĩ hơn vấn đề này. Một va chạm mà sau đó các vật va chạm dính lại với nhau (hay vật này nằm trong vật kia) được gọi là “va chạm hoàn toàn không đàn hồi”. Tiêu biểu trong những va chạm như thế là sự có mặt của sự bố trí vĩnh viễn ở những vật va chạm, hệ quả của nhiệt sinh ra do ma sát. Vì thế, phương trình (50), chỉ nói tới động năng của các vật, là không áp dụng được. Trong trường hợp của chúng ta, cần sử dụng định luật bảo toàn động lượng (54) để tìm vận tốc của khối gỗ và viên đạn sau va chạm.

HS A: Ý thầy nói là định luật bảo toàn năng lượng không có giá trị đối với một va chạm hoàn toàn không đàn hồi chăng? Nhưng định luật này có tính vạn vật mà.

GV: Không ai nghi ngờ chuyện định luật bảo toàn năng lượng có giá trị đối với một va chạm hoàn toàn không đàn hồi. Động năng không được bảo toàn sau một va chạm như thế. Tôi nói riêng động năng chứ không nói toàn bộ năng lượng. Kí hiệu nhiệt sinh ra trong va chạm là Q, ta có thể viết hệ định luật bảo toàn sau đây cho va chạm hoàn toàn không đàn hồi vừa nói ở trên

Ở đây phương trình thứ nhất là định luật bảo toàn động lượng, và phương trình thứ hai là định luật bảo toàn năng lượng (không chỉ tính cơ năng, mà còn xét cả nhiệt năng).

Hệ phương trình (57) có hai biến: và Q. Sau khi xác định từ phương trình thứ nhất, ta có thể sử dụng phương trình thứ hai để tìm nhiệt lượng Q

Rõ ràng từ phương trình này là khối lượng M càng lớn, thì năng lượng chuyển hóa thành nhiệt càng nhiều. Tính giới hạn, với khối lượng M vô cùng lớn, ta thu được /2, tức là toàn bộ động năng chuyển hóa thành nhiệt. Điều này khá tự nhiên thôi: ví dụ như trường hợp viên đạn bay dính vào tường.

HS A: Có thể có va chạm nào trong đó không có nhiệt sinh ra hay không?

GV: Có, những va chạm như thế là có thể. Chúng được gọi là va chạm “hoàn toàn đàn hồi”. Chẳng hạn, va chạm giữa hai quả cầu thép có thể xem là hoàn toàn đàn hồi với một mức độ gần đúng hợp lí. Sự biến dạng đàn hồi thuần túy của hai quả cầu xảy ra và không có nhiệt sinh ra. Sau va chạm, hai quả cầu trở lại hình dạng ban đầu của chúng.

HS A: Ý thầy nói là trong một va chạm hoàn toàn đàn hồi định luật bảo toàn năng lượng trở thành định luật bảo toàn động năng?

GV: Ừ, tất nhiên rồi.

HS A: Nhưng trong trường hợp này, em không thể nào hiểu làm thế nào thầy dung hòa định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng lượng. Chúng ta thu được hai phương trình hoàn toàn khác nhau cho vận tốc sau va chạm. Hoặc, có lẽ, định luật bảo toàn động lượng không có ý nghĩa trong một va chạm hoàn toàn đàn hồi.

GV: Cả hai định luật đều có ý nghĩa trong một va chạm hoàn toàn đàn hồi: bảo toàn động lượng và bảo toàn động năng. Em chẳng có lí do gì để ngần ngại chuyện phối hợp hai định luật này bởi vì sau một va chạm hoàn toàn đàn hồi, các vật bay ra xa nhau ở những vận tốc khác nhau. Trong khi sau một va chạm hoàn toàn không đàn hồi các vật va chạm chuyển động với cùng vận tốc (vì chúng dính vào nhau), thì sau một va chạm đàn hồi mỗi vật chuyển động với một vận tốc xác định riêng của nó. Hai biến chưa biết đòi hỏi có hai phương trình. Ta hãy xét một ví dụ. Giả sử một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc va chạm đàn hồi với một vật khối lượng M đang đứng yên. Giả sử thêm rằng sau va chạm vật đi tới đó bật ngược trở lại. Ta sẽ kí hiệu vận tốc của vật m sau va chạm là và của vật M là . Khi đó định luật bảo toàn năng lượng và động lượng có thể viết ở dạng

Lưu ý dấu trừ trong phương trình thứ nhất. Nó xuất hiện là do giả sử của chúng ta rằng vật đi tới bị bật ngược trở lại.

HS B: Nhưng thầy không phải lúc nào cũng biết trước hướng chuyển động của vật sau va chạm. Phải chăng vật m không thể tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với một vận tốc nhỏ hơn sau va chạm?

GV: Nó có thể chứ. Trong trường hợp như vậy ta sẽ thu được một vận tốc v1 âm khi giải hệ phương trình (59).

HS B: Em nghĩ rằng hướng chuyển động của vật m sau va chạm được xác định bởi tỉ số của khối lượng m và M.

HS B: Chúng ta biết rằng sau va chạm các quả cầu có thể chuyển động ra xa nhau theo hướng hợp với nhau một góc nào đó. Chúng ta đã giả sử rằng chuyển động xảy ra theo một đường thẳng. Rõ ràng đây phải là một trường hợp đặc biệt mà thôi.

GV: Em nói đúng. Chúng ta đã xét cái gọi là va chạm xuyên tâm trong đó các quả cầu chuyển động trước và sau va chạm theo một đường thẳng đi qua tâm của chúng. Trường hợp tổng quát hơn là va chạm lệch tâm sẽ được xét tới sau. Ở đây tôi muốn biết mọi thứ đã khá rõ ràng hay chưa.

HS A: Em nghĩ là mình đã hiểu rồi. Như em thấy, trong mọi va chạm (đàn hồi hay không đàn hồi), có thể áp dụng được hai định luật bảo toàn: động lượng và năng lượng. Chỉ là bản chất khác nhau của các va chạm dẫn tới những phương trình khác nhau mô tả các định luật bảo toàn. Khi xét những va chạm không đàn hồi, cần kể đến nhiệt sinh ra trong va chạm đó.

GV: Nhận xét của em là đúng và ngắn gọn.

HS B: Như em hiểu cho đến đây thì va chạm hoàn toàn đàn hồi và va chạm hoàn toàn không đàn hồi là hai trường hợp cực độ. Chúng có luôn luôn thích hợp để mô tả những trường hợp thực tế hay không?

GV: Em hay đấy khi đưa ra vấn đề này. Những trường hợp va chạm mà chúng ta vừa xét là những trường hợp cực độ. Trong những va chạm thực tế, một lượng nhiệt nhất định luôn luôn được sinh ra (không có sự biến dạng đàn hồi lí tưởng) và các vật va chạm có thể chuyển động ra xa nhau với những vận tốc khác. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp những va chạm thực tế được mô tả khá tốt theo những mô hình đã giản lược hóa: va chạm hoàn toàn đàn hồi và va chạm hoàn toàn không đàn hồi.

Bây giờ chúng ta hãy xét một ví dụ va chạm đàn hồi lệch tâm. Một vật ở dạng một mặt phẳng nghiêng với góc nghiêng 45o đang nằm trên mặt phẳng ngang. Một quả cầu khối lượng m, đang bay ngang với vận tốc v0, đến va chạm với vật (mặt phẳng nghiêng) có khối lượng M. Hệ quả của sự va chạm là quả cầu bật lên theo phương thẳng đứng và vật M bắt đầu trượt không ma sát trên mặt phẳng ngang. Hãy tìm vận tốc bay lên thẳng đứng của quả cầu ngay sau khi va chạm (Hình 45). Em nào muốn thử giải bài toán này?

HS B: Cho phép em làm thử. Ta kí hiệu vận tốc cần tìm của quả cầu là và của vật M là . Vì va chạm là đàn hồi, nên em có quyền giả sử rằng động năng được bảo toàn. Như vậy

Em cần thêm một phương trình nữa, cái dễ thấy là em nên sử dụng định luật bảo toàn động lượng. Em sẽ viết nó ở dạng

mv0 = Mv2 + mv1(61)

Thật ra em không chắc về phương trình thứ hai vì vận tốc vuông góc với vận tốc .

Với bài toán đã cho, ta có thể chọn phương nằm ngang và phương thẳng đứng. Đối với phương ngang, định luật bảo toàn động lượng có dạng

mv0 = Mv2(62)

Từ phương trình (60) và (62) ta tìm được vận tốc

HS B: Chúng ta làm gì với phương thẳng đứng?

mv1 – Meve = 0(63)

HS B: Vì trái đất cũng tham gia vào bài toán này, cho nên rõ ràng sẽ cần sửa lại phương trình năng lượng (60).

GV: Vậy em sửa như thế nào cho phương trình (60)?

HS B: Em muốn thêm một số hạng về chuyển động của trái đất sau va chạm

Vì khối lượng trên thực tế hết sức lớn, nên vận tốc của trái đất sau va chạm trên thực tế là bằng không. Bây giờ, ta hãy viết lại số hạng /2 trong phương trình (64) có dạng ()/2. Theo phương trình (63), đại lượng trong tích này có một giá trị hữu hạn. Nếu nhân giá trị này với không (trong trường hợp đã cho là bằng không), thì tích cũng sẽ bằng không. Từ đây ta có thể kết luận rằng trái đất tham gia rất kì cục trong bài toán này. Nó thu một động lượng nhất định, nhưng đồng thời trên thực tế nó không nhận năng lượng nào hết. Nói cách khác, nó tham gia vào định luật bảo toàn động lượng nhưng không tham gia vào định luật bảo toàn năng lượng. Trường hợp này là bằng chứng đặc biệt nổi bật của thực tế rằng định luật bảo toàn năng lượng và động lượng là những định luật khác nhau về cơ bản, và độc lập với nhau.

Bài tập

22. Một vật khối lượng 3 kg rơi từ một độ cao nhất định với vận tốc ban đầu 3 m/s theo phương thẳng đứng. Tìm công thực hiện để thắng lực cản của không khí trong 10 giây, biết rằng vật thu được vận tốc 50 m/s lúc cuối khoảng thời gian 10 giây. Giả sử lực cản của không khí là không đổi.

23. Một vật trượt xuống một mặt phẳng nghiêng góc 30 o sau đó trượt tiếp trên một mặt ngang. Xác định hệ số ma sát, biết rằng quãng đường vật trượt trên mặt phẳng ngang bằng với trên mặt phẳng nghiêng.

24. Tính hiệu suất của một mặt phẳng nghiêng trong trường hợp khi một vật trượt ra khỏi nó với vận tốc không đổi.

25. Một quả cầu khối lượng m và thể tích V thả rơi vào trong nước từ độ cao H, chìm xuống độ sâu h, và sau đó thì nhảy ra khỏi nước (tỉ trọng của quả cầu nhỏ hơn của nước). Tìm lực cản của nước (giả sử nó là không đổi) và độ cao quả cầu lên tới sau khi nó nhảy ra khỏi nước. Bỏ qua sức cản không khí. Tỉ trọng của nước kí hiệu là n.

26. Một đầu tàu hỏa có khối lượng 50 tấn, đang chuyển động với vận tốc 12 km/h, móc vào một toa tàu trần khối lượng 30 tấn đang đứng yên trên cùng đường ray. Tìm vận tốc chuyển động chung của đầu tàu và toa xe ngay sau khi chuyển động ghép nối tự động hoạt động. Tính quãng đường đi được bởi hai xe sau khi ghép nối, biết lực cản bằng 5% trọng lượng.

27. Một khẩu đại bác khối lượng M, đặt tại chân một mặt phẳng nghiêng, bắn ra một viên đạn khối lượng m theo phương ngang với vận tốc ban đầu . Hỏi khẩu đại bác leo lên đến độ cao nào trên mặt phẳng nghiêng do sự giật lùi nếu góc nghiêng của mặt phẳng đó là và hệ số ma sát giữa khẩu đại bác và mặt phẳng nghiêng là k?

28. Hai quả cầu khối lượng M và 2 M treo bên dưới hai sợi dây mảnh chiều dài l buộc cố định tại cùng một điểm. Quả cầu M được kéo về một phía nghiêng một góc và thả ra sau khi truyền cho nó một vận tốc tiếp tuyến v 0 hướng về phía vị trí cân bằng. Hỏi hai quả cầu sẽ nâng lên đến độ cao bao nhiêu nếu: (1) va chạm là hoàn toàn đàn hồi, và (2) va chạm là hoàn toàn không đàn hồi (hai quả cầu dính vào nhau sau va chạm)?

29. Một quả cầu khối lượng M treo dưới một sợi dây chiều dài l. Một viên đạn khối lượng m, đang bay theo phương ngang, đến cắm vào quả cầu và mắc kẹt trong đó. Hỏi viên đạn phải có vận tốc tối thiểu bao nhiêu để cho quả cầu quay trọn một vòng tròn trong mặt phẳng thẳng đứng?

30. Hai cái nêm có cùng góc nghiêng 45 o và mỗi nêm có khối lượng M đang nằm trên một mặt phẳng ngang (Hình 46). Một quả cầu khối lượng m ( m << M) thả tự do từ độ cao H. Quả cầu va chạm với nêm này rồi tới nêm kia, sau đó bật lên theo phương thẳng đứng. Tìm độ cao mà quả cầu bật lên tới. Giả sử cả hai va chạm là đàn hồi và không có ma sát giữa hai cái nêm và mặt phẳng ngang.

31. Một cái nêm có góc nghiêng 30 o và khối lượng M nằm trên một mặt phẳng ngang. Một quả cầu khối lượng m thả tự do từ độ cao H, va đàn hồi với cái nêm và bật lên nghiêng góc 30 o so với phương ngang. Hỏi quả cầu bật lên tới độ cao bao nhiêu? Bỏ qua ma sát giữa cái nêm và mặt phẳng ngang.

Vui lòng ghi rõ “Nguồn chúng tôi khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Thêm ý kiến của bạn

Bài 23. Động Lượng. Định Luật Bảo Toàn Động Lượng

CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

Khi một hệ vật chuyển động thì nói chung vị trí, vận tốc, gia tốc…của các vật trong hệ thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp có thể tìm được những đại lượng đặc trưng cho trạng thái của hệ không thay đổi theo thời gian. Đó là những đại lượng bảo toàn. Nếu đại lượng bảo toàn là một vô hướng thì giá trị của nó không đổi; nếu đại lượng bảo toàn là một vectơ thì phương, chiều và độ lớn của nó không đổi.

Các định luật bảo toàn cơ bản của cơ học:

–Bảo toàn động lượng;

–Bảo toàn cơ năng.

Các định luật này cho phép ta hiểu được sâu sắc nhiều thông tin về chuyển động của một hệ và vận dụng có hiệu quả trong việc giải nhiều bài toán cơ học.

ĐỘNG LƯỢNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG

1. Kiến thức

– Định nghĩa được động lượng, nêu được hệ quả: lực với cường độ đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian ngắn có thể làm cho động lượng của vật biến thiên.

– Từ định luật II Niu-tơn suy ra được định lí biến thiên động lượng.

– Phát biểu được định nghĩa hệ cô lập.

– Phát biểu được định luật bảo toàn động lượng.

2. Kỹ năng

– Vận dụng được định luật bảo toàn động lượng để giải bài toán va chạm mềm.

– Giải thích được nguyên tắc chuyển động bằng phản lực.

3. Thái độ

– Có ý thức vận dụng kiến thức Vật lí để giải thích các hiện tượng trong thực tế.

– Thích chơi các môn thể thao nhằm phát huy “Một tinh thần minh mẫn trong một thân thể tráng kiện – A sound mind in a sound body”

Chúng ta đều biết trong tương tác giữa hai vật có sự biến đổi vận tốc của các vật. Vậy hệ thức nào liên hệ giữa vận tốc giữa các vật trước và sau tương tác với khối lượng của chúng không? Và đại lượng gì sẽ đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật trong tương tác, đại lượng này tuân theo quy luật nào?

I – ĐỘNG LƯỢNG

1. Xung lượng của lực

a) Ta hãy xét những ví dụ sau:

– Cầu thủ đá vô lê đã đưa bóng vào lưới đối phương (Video 23.1).

– Hòn bi đang chuyển động nhanh, chạm vào thành bàn, đổi hướng (Video 23.2).

– Hai hòn bi va chạm vào nhau, đổi hướng (Video 23.3).

Trong những thí dụ trên, các vật (quả bóng, hòn bi…) đã chịu tác dụng của ngoại lực trong một khoảng thời gian ngắn. Do thời gian tác dụng rất ngắn nên ta phải tạo ra những lực có độ lớn đáng kể làm đổi hướng chuyển động của vật. Nói cách khác: Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.

được định nghĩa là Δt b) Khi một lực tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian Δt thì tích xung của lực trong khoảng thời gian .

Ở định nghĩa này, ta giả thiết lực không đổi trong khoảng thời gian tác dụng Δt.

Đơn vị xung của lực: Niu-tơn giây (N.s).

Video 23.1. Nếu Real Madrid cần một cú vô lê quyết định để mang lại danh hiệu Champions League thứ 9 trong lịch sử CLB hoàng gia Tây Ban Nha, người làm được điều đó chỉ có thể là Zidane. Với cú sút đẳng cấp nâng tỉ số lên 2 – 1, Zidane và các đồng đội đã chính thức có được danh hiệu cao quý thứ 9 tại đấu trường Châu Âu

Video 23.2

Video 23.3

2. Động lượng

a) Tác dụng của xung của lực có thể giải thích dựa vào định luật II Niu-tơn. Giả sử lực (không đổi) tác dụng lên một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc . Trong khoảng thời gian tác dụng Δt nhỏ, vận tốc của vật biến đổi thành nghĩa là vật đã có gia tốc.

Theo định luật II Niu-tơn:

(23.1)

Vế phải của hệ thức này chính là xung của lực trong khoảng thời gian Δ t; ở vế trái xuất hiện độ biến thiên của đại lượng

b) Đại lượng được gọi là động lượng của một vật.

Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng xác định bởi công thức:

(23.2)

Động lượng là một vectơ cùng hướng với vận tốc của vật (Hình 23.1). Đơn vị động lượng là kilôgam mét trên giây (kí hiệu là kgm/s).

Hình 23.1

c) Dạng khác của định luật II Niu-tơn

Hệ thức (20.l) có thể viết dưới dạng:

(23.3)

Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

Phát biểu trên được gọi là định lí biến thiên động lượng. Có thể coi đó là một cách phát biểu khác của định luật II Niu-tơn.

Ý nghĩa: Lực tác dụng đủ mạnh trong một khoảng thời gian thì có thể gây ra biến thiên động lượng của vật.

1. Chứng minh công thức (23.3).

II – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG

1. Hệ cô lập (hệ kín)

Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau. Trong hệ cô lập chỉ có các nội lực trực đối nhau theo định luật III Niu-tơn.

2. Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập

Xét một hệ cô lập gồm hai vật nhỏ có khối lượng m 1 và m 2 tương tác nhau.

Theo định luật III Niu-tơn:

hay

Áp dụng (23.3), ta được:

và

. Nghĩa là biến thiên động lượng của hệ bằng 0 hay là động lượng của hệ không đổi.

Từ kết quả nhiều thí nghiệm, nhiều hiện tượng khác nhau, ta rút ra định luật bảo toàn động lượng.

Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn.

++ … + = vectơ không đổi (23.6)

Định luật bảo toàn động lượng có nhiều ứng dụng thực tế như để giải các bài toán về va chạm, giải thích hiện tượng súng giật khi bắn

(Video 23.6), … Định luật này cũng là cơ sở của nguyên tắc chuyển động bằng phản lực của các máy bay, tên lửa ( Video 23.7) ,…

Video 23.4. Minh hoạ

Video 23.5. Minh hoạ

Video 23.6. Súng giật khi bắn

Video 23.7. Phóng vệ tinh Vinasat-1

3. Va chạm mềm

Xét một vật khối lượng m 1, chuyển động trên một mặt phẳng ngang với vân tốc là một hệ cô lập.đến va chạm vào một vật có khối lượng m 2 đang đứng yên (Video 23.8). Sau va chạm hai vật nhấp làm một và cùng chuyển động với vận tốc. Va chạm của hai vật như vậy gọi là va chạm mềm. Vì không có ma sát nên các ngoại lực tác dụng gồm có các trọng lực & các phản lực pháp tuyến chúng cân bằng nhau: Hệ

Theo định luật bảo toàn động lượng ta có :

m 1= (m 1 + m 2)

Các vectơ vận tốc cùng hướng:

4. Chuyển động bằng phản lực

Một quả tên lửa có khối lượng M chứa một khối khí khối lượng m. Khi phóng tên lửa khối khí m phụt ra phía sau với vận tốc thì tên khối lượng M chuyển động với vận tốc (Video 23.9).

Lúc đầu động lượng của tên lửa bằng không:

Khí phụt ra, động lượng của hệ:

Coi tên lửa là hệ cô lập, theo định luật bảo toàn động lượng ta có:

m + M =

Þ = –

Ta thấy ngược hướng với nghĩa là tên lửa bay về phía trước, ngược với hướng khí phụt ra.

Video 23.8. Va chạm mềm trên đệm không khí

Video 23.9

Video 23.10. Mô hình tên lửa nhiều tầng

Câu 1. Nêu định nghĩa, viết biểu thức động lượng của một vật và nêu tên đơn vị các ĐLVL có trong đó?

Câu 2. Khi nào động lượng của một vật biến thiên?

Câu 3. Phát biểu định luật bảo toàn động lượng? Biểu thức?

Câu 4. Em hãy kể các chuyển động bằng phản lực mà em biết?

23.1. Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải để được một câu có nội dung đúng.

23.2. Một vật có khối lượng 2 kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,5s. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu?

A. 5,0 kg.m/s. C. 10 kg.m/s.

B. 4,9 kg.m/s. D. 0,5 kg.m/s.

Cho g = 9,8 m/s 2.

23.3. Trong quá trình nào sau đây, động lượng của ô tô được bảo toàn?

A. Ô tô tăng tốc.

B. Ô tô giảam tốc.

C. Ô tô chuyển động tròn đều.

D. Ô tô chuyển động thẳng đều trên đường có ma sát.

23.4. Tính lực đẩy trung bình của hơi thuốc súng lên đầu đạn ở trong nòng một súng trường bộ binh, biết rằng đầu đạn có khối lượng 10 g, chuyển động trong nòng súng nằm ngang trong khoảng 10-3 s, vận tốc đầu bằng 0, vận tốc khi đến đầu nòng súng v = 865 m/s.

23.5. Một toa xe khối lượng 10 tấn đang chuyển động trên đường ray nằm ngang với vận tốc không đổi v = 54 km/h. Người ta tác dụng lên toa xe một lực hãm theo phương ngang. Tính độ lớn trung bình của lực hãm nếu toa xe dừng lại sau :

a) 1 giờ 40 phút.

b) 10 giây.

23.6. Một vật nhỏ khối lượng m 0 đặt trên một toa xe khối lượng m. Toa xe này có thể chuyển động trên một đường ray nằm ngang không ma sát. Ban đầu hệ đứng yên. Sau đó cho m 0 chuyển động ngang trên toa xe với vận tốc. Xác định vận tốc chuyển động của toa xe trong hai trường hợp:

a) là vận tốc của m 0 đối với mặt đất.

b) là vận tốc của m 0 đối với toa xe.

23.7*. Có một bệ khối lượng 10 tấn có thể chuyển động trên đường ray nằm ngang không ma sát. Trên bệ có gắn một khẩu pháo khối lượng 5 tấn. Giả sử khẩu pháo chứa một viên đạn khối lượng 100 kg và nhả đạn theo phương ngang với vận tốc đầu nòng 500 m/s (vận tốc đối với khẩu pháo). Xác định vận tốc của bệ pháo ngay sau khi bắn, trong các trường hợp sau:

1. lúc đầu hệ đứng yên.

2. Trước khi bắn, bệ pháo chuyển động với vận tốc 18 km/s:

a) Theo chiều bắn.

b) Ngược chiều bắn.

23.8. Một xe chở cát khối lượng 38 kg đang chạy trên đường nằm ngang không ma sát với vận tốc 1 m/s. Một vật nhỏ khối lượng 2 kg bay ngang với vận tốc 7 m/s (đối với mặt đất) đến chui vào cát và nằm yên trong cát. Xác định vận tốc mới của xe. Xét hai trường hợp :

a) Vật bay đến ngược chiều xe chạy.

b) Vật bay đến cùng chiều xe chạy.

(VTC News) – Cơ quan quản lý hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) đã phóng thử thành công tên lửa đẩy Ares I-X vào ngày hôm qua 28/10 theo giờ địa phương từ căn cứ vũ trụ Kennedy, bang Florida.

Mục đích của lần phóng này là thử nghiệm công nghệ phát triển thiết bị phóng có người lái trong tương lai để có thể thay thế đội tàu con thoi sắp “về hưu” và phục vụ tham vọng đưa người lên mặt trăng của Mỹ.

NASA đã mất gần 4 năm với kinh phí 350 triệu USD cho tên lửa này. Hôm 27/10 vừa qua Mỹ đã hủy bỏ vụ phóng tên lửa Ares I-X vì thời tiết xấu.

Tên lửa Ares I-X được phóng lên và bay khoảng 2 phút trước khi rơi xuống Đại Tây Dương, nhưng các kỹ sư của NASA hy vọng sẽ biết được những thông tin đáng giá về hoạt động của tên lửa Ares I-X nhờ 700 thiết bị cảm ứng được gắn trên tên lửa này.

Lê Dũng (Theo Press, BBC)

Con mực bơi như thế nào?

Hẳn bạn sẽ vô cùng ngạc nhiên khi nghe nói: Với nhiều sinh vật thì phương pháp hoang đường “tự túm tóc để nâng mình lên trên” lại chính là cách di chuyển thông thường của chúng ở trong nước. Mực cũng thế.

Con mực và nói chung đa số các động vật nhuyễn thể lớp đầu túc đều di chuyển trong nước theo cách: lấy nước vào lỗ máng qua khe hở bên và cái phễu đặc biệt ở đằng trước thân, sau đó chúng dùng sức tống tia nước qua cái phễu đó. Như thế, theo định luật phản tác dụng, chúng nhận được một sức đẩy ngược lại đủ để thân chúng bơi khá nhanh về phía trước. Ngoài ra con mực còn có thể xoay ống phễu về một bên hoặc về đằng sau và khi ép mình để đẩy nước ra khỏi phễu thì nó có thể chuyển động theo bất kỳ hướng nào cũng được.

Chuyển động của con sứa cũng tương tự như thế: nó co các cơ lại để đẩy nước từ dưới cái thân hình chuông của nó ra và như thế nó bị đẩy về phía ngược lại. Chuyển động của bọ nước, của các ấu trùng chuồn chuồn và nhiều loài động vật dưới nước khác cũng theo phương pháp này.

(Theo: Vật lí vui)

Bài Tập Momen Động Lượng Định Luật Bảo Toàn Momen Động Lượng

Momen động lượng, định luật bảo toàn momen động lượng. Momen động lượng, định luật bảo toàn momen động lượng1.40. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Khi một vật rắn chuyển động tịnh tiến thẳng thì mômen động lượng của nó đối với một trục quay bất kỳ không đổi.

B. Mômen quán tính của vật đối với một trục quay là lớn thì mômen động lượng của nó đối với trục đó cũng lớn.

C. Đối với một trục quay nhất định nếu mômen động lượng của vật tăng 4 lần thì mômen quán tính của nó cũng tăng 4 lần.

D. Mômen động lượng của một vật bằng không khi hợp lực tác dụng lên vật bằng không.1.41. Các vận động viên nhảy cầu xuống nước có động tác “bó gối” thật chặt ở trên không là nhằm: A. Giảm mômen quán tính để tăng tốc độ quay;

B. Tăng mômen quán tính để tăng tốc độ quay.

C. Giảm mômen quán tính để tăng mômen động lượng.

D. Tăng mômen quán tính để giảm tốc độ quay.1.42. Con mèo khi rơi từ bất kỳ một tư thế nào, ngửa, nghiêng, hay chân sau xuống trước, vẫn tiếp đất nhẹ nhàng bằng bốn chân. Chắc chắn khi rơi không có một ngoại lực nào tạo ra một biến đổi momen động lượng. Hãy thử tìm xem bằng cách nào mèo làm thay đổi tư thế của mình. A. Dùng đuôi.

B. Vặn mình bằng cách xoắn xương sống.

C. Chúc đầu cuộn mình lại.

D. Duỗi thẳng các chân ra sau và ra trước.1.43. Các ngôi sao được sinh ra từ những khối khí lớn quay chậm và co dần thể tích lại do tác dụng của lực hấp dẫn. Tốc độ góc quay của sao: A. không đổi; B. tăng lên; C. giảm đi; D. bằng không1.44. Một thanh nhẹ dài 1m quay đều trong mặt phẳng ngang xung quanh trục thẳng đứng đi qua trung điểm của thanh. Hai đầu thanh có hai chất điểm có khối lượng 2kg và 3kg. Tốc độ của mỗi chất điểm là 5m/s. Mômen động lượng của thanh là: A. L = 7,5 kgm2/s; B. L = 10,0 kgm2/s; C. L = 12,5 kgm2/s; D. L = 15,0 kgm2/s1.45. Một đĩa mài có mômen quán tính đối với trục quay của nó là 12kgm2. Đĩa chịu một mômen lực không đổi 16Nm, sau 33s kể từ lúc khởi động tốc độ góc của đĩa là: A. 20rad/s; B. 36rad/s; C. 44rad/s; D. 52rad/s1.46. Một đĩa mài có mômen quán tính đối với trục quay của nó là 12 kgm2. Đĩa chịu một mômen lực không đổi 16Nm, Mômen động lượng của đĩa tại thời điểm t = 33s là: A. 30,6 kgm2/s; B. 52,8 kgm2/s; C. 66,2 kgm2/s; D. 70,4 kgm2/s1.47. Coi trái đất là một quả cầu đồng tính có khối lượng M = 6.1024kg, bán kính R = 6400 km. Mômen động lượng của trái đất trong sự quay quanh trục của nó là: A. 5,18.1030 kgm2/s; B. 5,83.1031 kgm2/s; C. 6,28.1032 kgm2/s; D. 7,15.1033 kgm2/s1.48. Một người đứng trên một chiếc ghế đang quay, hai tay cầm hai quả tạ. Khi người ấy dang tay theo phương ngang, ghế và người quay với tốc độ góc . Ma sát ở trục quay nhỏ không đáng kể. Sau đó người ấy co tay lại kéo hai quả tạ gần người sát vai. Tốc độ góc mới của hệ “người + ghế” A. tăng lên.

B. Giảm đi.

C. Lúc đầu tăng, sau đó giảm dần bằng 0.

D. Lúc đầu giảm sau đó bằng 0.1.49. Hai đĩa mỏng nằm ngang có cùng trục quay thẳng đứng đi qua tâm của chúng. Đĩa 1 có mômen quán tính I1 đang quay với tốc độ ω0, đĩa 2 có mômen quán tính I2 ban đầu đứng yên. Thả nhẹ đĩa 2 xuống đĩa 1 sau một khoảng thời gian ngắn hai đĩa cùng quay với tốc độ góc ω

A. 2 kgm2/s; B. 4 kgm2/s; C. 6 kgm2/s; D. 7 kgm2/s

Bạn đang đọc nội dung bài viết Ứng Dụng Định Luật Bảo Toàn Động Lượng Để Chế Tạo Tên Lửa Nước » Trung Tâm Giáo Dục Nghề Nghiệp trên website Sieuphampanorama.com. Hy vọng một phần nào đó những thông tin mà chúng tôi đã cung cấp là rất hữu ích với bạn. Nếu nội dung bài viết hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!