Phương pháp giải bài tập Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ kín môn Vật Lý 10

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG CHO HỆ KÍN

 

Để giải các bài tập dạng này, thông thường ta làm theo các bước như sau:

- Xác định hệ vật cần khảo sát và lập luận để thấy rằng hệ vật là một hệ kín.

- Viết định luật dưới dạng vectơ.

- Chiếu phương trình vectơ lên phương chuyển động của vật

- Tiến hành giải toán để suy ra các đại lượng cần tìm.

Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng:

a) Trường hợp các vectơ động lượng thành phần (hay các vectơ vận tốc thành phần) cùng phương, thì biểu thức của định luật bảo toàn động lượng được viết lại:

m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v’₁  + m₂v’₂.

Trong trường hợp này ta cần quy ước chiều dương của chuyển động.

- Nếu vật chuyển động theo chiều dương đã chọn thì v > 0;

- Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương đã chọn thì v < 0.

b) Trường hợp các vectơ động lượng thành phần (hay các vectơ vận tốc thành phần)

không cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức vectơ: \({\vec p_s} = {\vec p_t}\) và biểu diễn trên hình

vẽ. Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của  bài toán.

Hai quả bóng khối lượng m₁ = 50g, m₂ = 75g ép sát vào nhau trên mặt phẳng ngang. Khi buông tay, quả bóng I lăn được 3,6m thì dừng. Hỏi quả bóng II lăn được quãng đường bao nhiêu? Biết hệ số ma sát lăn giữa bóng và mặt sàn là như nhau cho cả hai bóng.

Giải.

- Khi ép sát hai quả bóng vào nhau thì hai quả bóng bị biến dạng làm xuất hiện lực đàn hồi giữa chúng. Sau khi buông tay thì hai quả bóng tương tác với nhau bởi lực đàn hồi. Sau thời gian (rất ngắn) tương tác thì chúng rời nhau và thu vận tốc ban đầu lần lượt là  \(\overrightarrow {{v_1}} ;\overrightarrow {{v_2}} \).

- Hai quả bóng đặt trên mặt phẳng ngang: trọng lực của chúng và phản lực của mặt phẳng ngang cân bằng nhau, hợp lực ma sát nghỉ tác dụng vào hệ bằng không nên hệ hai quả bóng là kín trong quá trình tương tác với nhau.

- Theo định luật bảo toàn động lượng ta có:  \({m_1}.\overrightarrow {{v_1}}  + {m_2}.\overrightarrow {{v_2}}  = \overrightarrow 0 \)

                                        Suy ra:  \(\left| {\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}} \right| = \frac{{{m_2}}}{{{m_1}}}\)

- Sau khi buông tay, hai quả bóng chuyển động chậm dần đều theo hai hướng ngược nhau dưới tác dụng của lực ma sát. Gọi µ là hệ số ma sát lăn giữa bóng và mặt sàn

- Chọn chiều dương riêng cho mỗi quả bóng là chiều chuyển động của nó.

Gia tốc của mỗi quả bóng là: 

\({a_1} =  - \frac{{{F_{ms1}}}}{{{m_1}}} =  - \mu g;{a_2} =  - \frac{{{F_{ms2}}}}{{{m_2}}} =  - \mu g\)

=> a₁ = a₂ = -µg   

Gọi s₁, s₂ lần lượt là quãng đường mỗi quả bóng đi được sau khi buông tay.

Ta có:     

\(\begin{array}{l}
{s_1} = \frac{{ - {v_1}^2}}{{2.{a_1}}};{s_2} = \frac{{ - {v_2}^2}}{{2.{a_2}}}\\
 \Rightarrow \frac{{{s_1}}}{{{s_2}}} = \frac{{{v_1}^2}}{{{v_2}^2}} = \frac{{{m_2}^2}}{{{m_1}^2}}\\
 \Rightarrow {s_2} = \frac{{{m_1}^2}}{{{m_2}^2}}.{s_1} = 1,6m
\end{array}\)

Vậy: Sau khi buông tay quả bóng II lăn được quãng đường 1,6m.

Bài 1: Một người có khối lượng m₁ = 50kg đang chạy với vận tốc v₁ = 3m/s thì nhảy lên một toa goòng khối lượng m₂ = 150kg chạy trên thanh ray nằm ngang song song ngang qua người đó với vận tốc v₂ = 2m/s. Giả thiết bỏ qua ma sát, tính vận tốc của toa goòng sau khi người đó nhảy lên, nếu ban đầu toa goòng và người chuyển động:

a) Cùng chiều                                         

b) Ngược chiều

Đ/S:

a) Trường hợp 1 : Ban đầu người và toa chuyển động cùng chiều.

Hệ tiếp tục chuyển động theo chiều cũ với vận tốc 2,25m/s.

b) Trường hợp 2 : Ban đầu người và toa chuyển động ngược chiều nhau.

 Hệ tiếp tục chuyển động theo chiều cũ với vận tốc 0,75m/s.

Bài 2: Một chiếc thuyền dài L = 4m, khối lượng M = 150kg và một người khối lượng m=50kg trên thuyền. Ban đầu thuyền và người đều đứng yên trên nước yên lặng. Người đi với vận tốc đều từ đầu này đến đầu kia của thuyền. Bỏ qua mọi lực cản. Xác định chiều và độ dịch chuyển của thuyền.

Đ/S:

Thuyền chuyển động theo chiều ngược lại

Độ dịch chuyển của thuyền:  \(s = \frac{L}{{{v_0}}}.\left| {{v_1}} \right| = \frac{{L.m}}{{M + m}}\)=1(m)

...

-(Nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)-

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài tập Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ kín môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.