Động lượng, xung lượng và độ biến thiên động lượng · Tương tác và thực hành kiểm chứng.
Nêu ý nghĩa và định nghĩa động lượng; viết đúng biểu thức vectơ \(\vec p=m\vec v\), đơn vị kg·m/s. Nêu định nghĩa xung lượng của lực, giải thích sự thay đổi động lượng do xung lượng và vận dụng dạng tổng quát của định luật II Newton.
Vẽ được \(\vec v\), \(\vec p\), \(\vec F\), \(\Delta\vec p\) đúng hướng và tỉ lệ; xác định xung lượng bằng diện tích có dấu dưới đồ thị \(F_x-t\); phân tích và giải thích tình huống va chạm, an toàn giao thông.
Dự đoán → thay đổi từng đại lượng → quan sát vectơ, đồ thị → lập bảng ghi nhận → tính toán đối chiếu.
Hoàn thành hai hoạt động mô phỏng; giải ba ví dụ; trả lời 22 câu theo đúng bốn dạng, tự chấm 8 điểm và đối chiếu 2 điểm tự luận.
Động lượng đặc trưng trạng thái chuyển động của vật và liên quan đến khả năng truyền chuyển động trong tương tác. Cùng tốc độ, vật có khối lượng lớn hơn có độ lớn động lượng lớn hơn; cùng khối lượng, vật có tốc độ lớn hơn có độ lớn động lượng lớn hơn. Động lượng phụ thuộc hệ quy chiếu vì vận tốc phụ thuộc hệ quy chiếu.
Động lượng là đại lượng vectơ; vật đứng yên trong hệ đang xét thì \(\vec p=\vec 0\). Độ lớn là \(p=mv\) với \(v\geq0\).
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(\vec p\) | Động lượng (vectơ), cùng hướng với vận tốc | kg·m/s |
| \(m\) | Khối lượng của vật | kg |
| \(\vec v\) | Vận tốc của vật trong hệ quy chiếu đã chọn | m/s |
Điều kiện áp dụng: Cơ học Newton, vật có khối lượng không đổi trong hệ quy chiếu đang xét.
Thành phần đại số \(p_x\) có thể âm, nhưng độ lớn \(p\) không âm. Động lượng và vận tốc luôn cùng hướng khi \(m>0\).
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(p_x,p_y\) | Thành phần đại số động lượng theo Ox, Oy | kg·m/s |
| \(v_x,v_y\) | Thành phần đại số vận tốc | m/s |
| \(p\) | Độ lớn động lượng, không âm | kg·m/s |
Điều kiện áp dụng: Các trục Ox và Oy vuông góc, xét trong một hệ quy chiếu duy nhất.
Khi có lực tác dụng trong một khoảng thời gian, động lượng của vật có thể thay đổi. Nếu lực tác dụng mạnh trong thời gian rất ngắn, sự thay đổi động lượng vẫn có thể đáng kể. Xung lượng phụ thuộc đồng thời vào lực và thời gian tác dụng. Xung lượng của lực thay đổi có thể được xác định bằng diện tích có dấu dưới đồ thị thành phần lực theo thời gian.
Xung lượng có cùng hướng với lực không đổi. \(1\,\mathrm{N\,s}=1\,\mathrm{kg\,m/s}\).
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(\vec J\) | Xung lượng (vectơ) | N·s |
| \(\vec F\) | Lực không đổi tác dụng trong khoảng thời gian xét | N |
| \(\Delta t\) | Khoảng thời gian tác dụng | s |
Điều kiện áp dụng: Lực không đổi trong khoảng \(\Delta t>0\); nếu lực biến thiên, xung lượng theo một trục bằng diện tích có dấu dưới đồ thị lực – thời gian. Đây là phần mở rộng, không lấy lực cực đại nhân thời gian khi lực biến thiên.
Đại lượng làm thay đổi động lượng là xung lượng tổng hợp; không được lấy độ lớn \(p_2-p_1\) thay cho hiệu vectơ khi đổi hướng.
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(\Delta\vec p\) | Độ biến thiên động lượng của vật | kg·m/s |
| \(\vec p_1,\vec p_2\) | Động lượng đầu và cuối | kg·m/s |
| \(\vec J_{\mathrm{hl}}\) | Tổng xung lượng các ngoại lực tác dụng | N·s |
Điều kiện áp dụng: Hệ quy chiếu quán tính, xét động lượng vật khối lượng không đổi; tổng xung lượng của mọi ngoại lực.
Khi \(\Delta\vec p\) không đổi, tăng thời gian tương tác sẽ làm giảm độ lớn lực trung bình, không nhất thiết làm giảm lực cực đại.
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(\vec F_{\mathrm{tb}}\) | Hợp lực trung bình theo thời gian | N |
| \(J_x\) | Thành phần xung lượng theo Ox (diện tích đại số) | N·s |
| \(F_x(t)\) | Thành phần đại số của hợp lực tại thời điểm t | N |
Điều kiện áp dụng: Đồ thị lực theo thời gian được xác định, hoặc dùng lực trung bình trên cùng khoảng đo; công thức tích phân là nội dung mở rộng.
Một vật 2 kg có \(v_x=3\) m/s, \(v_y=4\) m/s. Suy ra \(p_x=6\), \(p_y=8\) kg·m/s; \(p=\sqrt{6^2+8^2}=10\) kg·m/s. Hướng của \(\vec p\) trùng hướng của \(\vec v\), hợp với Ox một góc khoảng 53,1°.
Bóng 0,50 kg bay theo chiều dương với \(v_1=+12\) m/s, bật ngược lại với \(v_2=-8\) m/s. \(p_1=+6\), \(p_2=-4\) kg·m/s; \(\Delta p_x=-10\) N·s. Nếu thời gian tiếp xúc 0,04 s thì \(F_{\mathrm{tb},x}=-10/0,04=-250\) N. Lực trung bình hướng ngược chiều dương.
Bóng 0,45 kg bay theo chiều dương với 20 m/s rồi dừng, có \(\Delta p_x=-9\) N·s. Nếu dừng trong 0,06 s thì \(|F_{\mathrm{tb}}|=150\) N; nếu tăng thời gian dừng lên 0,15 s thì còn 60 N. Đây là lực trung bình của tổng ngoại lực theo phương chuyển động; trong phân tích thực tế cần xét cả lực khác và sự thay đổi hướng.
Trước khi kéo thanh trượt, hãy dự đoán kết quả và ghi lại các đại lượng để so sánh với công thức. Các giá trị trên hai mô phỏng HAT là số liệu theo mô hình lí tưởng, không phải kết quả đo thật. Mọi kết quả phụ thuộc hệ quy chiếu và chiều dương đã chọn.
Với m > 0, vectơ động lượng cùng hướng vận tốc.
Giả thiết: vật có khối lượng không đổi, xét một hệ tọa độ Descartes cố định; đồ họa dùng tỉ lệ khác nhau cho vectơ \(\vec v\) và \(\vec p\), vì đơn vị khác nhau.
Chỉ ghi dữ liệu mô phỏng. Nhấn “Ghi lượt thử” sau mỗi thay đổi, so sánh Jₓ và Δpₓ (đều có dấu).
| Lượt | Dạng lực | m (kg) | v₁ₓ (m/s) | Fđỉnh (N) | Δt (s) | Jₓ (N·s) | Δpₓ (kg·m/s) | v₂ₓ (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Chưa có lượt thử. Hãy ghi số liệu để so sánh. | ||||||||
Bảng trống · dữ liệu chỉ lưu trong trang đang mở.
Mô hình: xung chữ nhật hoặc tam giác lí tưởng, \(F_x\) là hợp lực theo Ox. Đây không phải dạng xung đo được của một va chạm cụ thể.
Phát tại trang PASCO để tránh lỗi YouTube 153 trong khung nhúng. Nội dung học chính vẫn sử dụng được khi không có Internet.
Mở video và mô tả trên PASCONguồn: PASCO, Impulse and Change in Velocity. Liên kết mở trang nguồn khi người học chủ động chọn; phụ thuộc Internet, không nhúng iframe. Trang nguồn và mô tả dụng cụ.
Mở công cụ của Đại học Colorado Boulder trên trang riêng. Phần này dành cho mở rộng Bài 29, không thay cho mô phỏng chính của Bài 28.
Mở PhET bằng cửa sổ mớiPhET Collision Lab – University of Colorado Boulder. Nội dung bảo toàn động lượng của hệ được nghiên cứu sâu ở Bài 29.
Sáu nhánh kiến thức. Bấm vào hình để phóng to, hoặc xem danh sách phân cấp bên dưới.
Động lượng và xung lượng có thể kết nối bằng định luật II Newton. Khi lực thay đổi theo thời gian, tính tổng xung lượng qua từng khoảng rất nhỏ (diện tích đồ thị) là công cụ thực nghiệm quan trọng. Trong Bài 29, ta sẽ xét trường hợp tổng động lượng của cả hệ vật được bảo toàn.
Nguồn tham khảo: SGK Vật lí 10 – Kết nối tri thức, Bài 28 (tr. 110–112); PASCO – Impulse and Change in Velocity; tư liệu lịch sử cơ học cổ điển.