Sự va chạm giữa các ô tô khi tham gian giao thông, có thể ảnh hưởng lớn đến trạng thái của xe, thậm chí nguy hiểm đến tính mạng người ngồi trong xe. Để nâng cao độ an toàn của ô tô, giảm hậu quả của lực tác dụng lên người lái, cần phải hiểu điều gì sẽ xảy ra với ô tô bị va chạm khi đang chuyển động. Những đặc điểm nào của ô tô ảnh hưởng đến hậu quả va chạm?
Bài 1: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng
Mở đầu (SGK Cánh Diều trang 95)
Thảo luận (1)
Câu hỏi 1 (SGK Cánh Diều trang 96)
Hãy đề xuất phương án và thực hiện thí nghiệm để chứng tỏ tốc độ và khối lượng của vật khi va chạm càng lớn thì hậu quả do va chạm càng lớn.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiPhương án thí nghiệm: Thả các viên bi có cùng kích thước nhưng khối lượng khác nhau xuống một khối đất nặn. Căn cứ vào độ lún của viên bi vào khối đất nặn, ta có thể đánh giá được tác động của viên bi đang chuyển động đối với vật cản là đất nặn
Thực hiện thí nghiệm:
+ Lần lượt thả một viên bi để nó chạm vào đất nặn với các tốc độ khác nhau.
+ Lần lượt thả các viên bi cùng kích thước nhưng có khối lượng khác nhau để chúng chạm vào đất nặn với cùng tốc độ
=> Kết quả:
+ Với cùng một viên bi, tốc độ khi va chạm càng lớn, nó càng lún sâu vào đất nặn
+ Với các viên bi cùng kích thước, viên bi nào khối lượng càng lớn, càng lún sâu vào đất nặn
=> Độ lún sâu vào đất nặn của viên bi phụ thuộc vào cả khối lượng và tốc độ của nó khi va chạm.
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)
Câu hỏi 2 (SGK Cánh Diều trang 96)
Làm thế nào để một viên bi có tốc độ khác nhau khi tiếp xúc với đất nặn.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiThả viên bi ở độ cao khác nhau thì vận tốc của viên bi sẽ khác nhau khi tiếp xúc với đất nặn.
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)
Luyện tập 1 (SGK Cánh Diều trang 96)
Tính độ lớn động lượng của từng vật sau:
a) Một hòn đá khối lượng 0,5 kg đang chuyển động với vận tốc 20 m/s.
b) Một chiếc xe buýt khối lượng 12 000 kg đi với tốc độ 10 m/s trên đường
c) Một eletron di chuyển với tốc độ 2,0.107 m/s (Khối lượng của electron là 9,1.10-31 kg.)
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảia) Ta có: m = 0,5 kg; v = 20 m/s.
=> Động lượng của hòn đá là: p = m.v = 0,5.20 = 10 (kg.m/s).
b) Ta có: m = 12 000 kg; v = 10 m/s.
=> Động lượng của xe buýt là: p = m.v = 12 000.10 = 1,2.105 (kg.m/s).
c) Ta có: m = 9,1.10 -31 kg; v = 2,0.107 m/s.
=> Động lượng của electron là: p = m.v = 9,1.10 -31 . 2,0.107 = 1,82.10-23 (kg.m/s)
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)
Câu hỏi 3 (SGK Cánh Diều trang 97)
Hãy biểu diễn độ thay đổi động lượng của từng xe sau khi va chạm (hình 1.2)
Thảo luận (1)Hướng dẫn giải
Câu hỏi 4 (SGK Cánh Diều trang 97)
Hai quả cầu A và B, mỗi quả có khối lượng 1 kg, va chạm nhau như trong hình 1.3. Hãy tính tổng động lượng của hai quả cầu trước va chạm và tổng động lượng của chúng sau va chạm. So sánh kết quả và nêu kết luận.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiChọn chiều dương là chiều từ trái sang phải
+ Trước khi va chạm: v1 = 2 m/s; v2 = 3 m/s
=> Động lượng của vật trước va chạm: p = m.v1 – m.v2 = m.(v1 – v2 ) = 1.(-1) = -1 (kg.m/s)
+ Sau va chạm: \(v_1' = 2\) m/s; \(v_2' = 1\) m/s
=> Động lượng của vật sau va chạm: \(p = m.( - v_1' + v_2') = 1.( - 1) = - 1(kg.m/s)\)
=> Động lượng trước va chạm = Động lượng sau va chạm
=> Kết luận: Trong quá trình chuyển động của vật, động lượng được bảo toàn
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)
Câu hỏi 5 (SGK Cánh Diều trang 98)
Dựa vào định luật bảo toàn động lượng, hãy thiết lập công thức tính tốc độ của hai xe trên giá đỡ nằm ngang, trong trường hợp một xe có tốc độ đã biết tới va chạm với xe còn lại đang đứng yên, sau va chạm hai xe dính vào nhau và cùng chuyển động.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiGọi xe 1 có khối lượng, vận tốc trước va chạm, vận tốc sau va chạm là m1 , v1 , v’1
Xe 2 có khối lượng, vận tốc trước va chạm, vận tốc sau va chạm là m2 , v2 , v’2
Giả sử xe 1 có tốc độ va chạm với xe 2 đang đứng yên
=> v2 = 0
Sau va chạm hai xe dính vào nhau, nên ta có \(v_1' = v_2' = {v'}\)
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe 1
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
\(\overrightarrow {{p_1}} + \overrightarrow {{p_2}} = \overrightarrow {p_1'} + \overrightarrow {p_2'} \)
\( \Leftrightarrow {m_1}.\overrightarrow {{v_1}} + {m_2}.\overrightarrow {{v_2}} = ({m_1} + {m_2}).\overrightarrow {{v'}} \) (1)
Chiếu (1) lên chiều dương, ta có: \({m_1}.{v_1} + {m_2}.{v_2} = ({m_1} + {m_2}).{v'}\)
Do v2 = 0 \( \Rightarrow {v'} = \frac{{{m_1}.{v_1}}}{{{m_1} + {m_2}}}\)
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)
Câu hỏi 6 (SGK Cánh Diều trang 98)
Kết quả thí nghiệm đo được trong một lần thí nghiệm với hai xe có cùng khối lượng là 245 g, xe 1 có tốc độ 0,542 m/s va chạm với xe 2 đang đứng yên, sau va chạm đo được hai xe có cùng tốc độ là 0,269 m/s. Hãy tính động lượng của từng xe trước và sau va chạm, từ đó so sánh động lượng của hệ hai xe trước và sau va chạm. Định luật bảo toàn có được nghiệm đúng hay không?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiĐộng lượng của các xe trước va chạm:
+ Xe 1: \({p_1} = {m_1}.{v_1} = 0,245.0,542 \approx 0,133(kg.m/s)\)
+ Xe 2: \({p_2} = {m_2}.{v_2} = 0\)(do xe 2 đứng yên nên v2 = 0)
=> Động lượng của hệ trước va chạm là: p = 0,133 kg.m/s
Động lượng của các xe sau va chạm
+ Xe 1: \(p_1' = {m_1}.v_1' = 0,245.0,269 \approx 0,066(kg.m/s)\)
+ Xe 2: \(p_2' = {m_2}.v_2' = 0,245.0,269 \approx 0,066(kg.m/s)\)
=> Động lượng của hệ sau va chạm là: p’ = 0,132 kg.m/s
=> Động lượng của hệ trước và sau va chạm gần như bằng nhau
=> Định luật bảo toàn động lượng được nghiệm đúng.
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)
Câu hỏi 7 (SGK Cánh Diều trang 98)
Ngay trước khi nổ, quả pháo hoa có tốc độ bằng không, động lượng của nó bằng không. Ngay sau khi nổ, các mảnh pháo hoa bay ra theo mọi hướng , mỗi mảnh có động lượng khác không. Điều này có mâu thuẫn với định luật bảo toàn động lượng hay không?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiTrong một hệ kín, nếu có một phần của hệ chuyển động theo một hướng, theo định luật bảo toàn động lượng, phần còn lại của hệ phải chuyển động theo hướng ngược lại.
Khi quả pháo hoa được bắn thẳng đứng lên cao và phát nổ đúng khi tới điểm cao nhất. Ta thấy các mảnh pháo hoa cháy rực rỡ nhiều màu và bay ra theo mọi hướng, mỗi mảnh nhỏ đều có động lượng, luôn có mảnh khác tương ứng chuyển động theo hướng ngược lại. Nên điều này không mẫu thuẫn với định luật bảo toàn động lượng.
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)
Vận dụng 1 (SGK Cánh Diều trang 99)
Một quả bóng bay theo phương ngang tới va chạm vào tường thẳng đứng với cùng vận tốc ở hai lần khác nhau. Lần thứ nhất, quả bóng bị nảy ngược lại cùng tốc độ ngay trước khi va chạm vào tường. Lần thứ hai, quả bóng bay tới và bị dính vào tường.
Trong lần nào quả bóng có độ thay đổi động lượng lớn hơn?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiĐộ thay đổi động lượng: \(\Delta p = \left| {{p_s} - {p_{tr}}} \right|\)
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của bóng khi va chạm vào tường.
+ Lần thứ nhất: \(\Delta p = \left| {{p_s} - {p_{tr}}} \right| = \left| { - mv - mv} \right| = 2mv\)
+ Lần thứ hai: \(\Delta p = \left| {{p_s} - {p_{tr}}} \right| = \left| {0 - mv} \right| = mv\)
=> Trong lần thứ nhất, quả bóng có độ thay đổi động lượng lớn hơn.
(Trả lời bởi Hà Quang Minh)