Lý thuyết Các loại va chạm (Chân trời sáng tạo 2023) hay, chi tiết

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 19: Các loại va chạm

A. Lý thuyết Các loại va chạm

1. Mối liên hệ giữa lực tổng hợp tác dụng lên vật và tốc độ thay đổi của động lượng

Mối liên hệ giữa lực tổng hợp tác dụng lên vật và tốc độ thay đổi của động lượng

– Xét một vật có khối lượng m không đổi trong suốt quá trình chuyển động. Khi vật chịu tác dụng bởi một lực không đổi $\vec{F}$ thì gia tốc của vật là $\vec{a}$ . Sau khoảng thời gian $Δ t$ , độ biến thiên động lượng của vật $Δ \vec{p}$

– Lực tác dụng lên vật bằng tốc độ thay đổi động lượng của vật $\vec{F} = \frac{Δ \vec{p}}{Δ t}$

– Một số ứng dụng của việc sử dụng kiến thức về xung lượng

2. Thí nghiệm khảo sát va chạm

a. Các loại va chạm

– Va chạm đàn hồi

+ Là va chạm trong đó vật xuất hiện biến dạng đàn hồi trong khoảng thời gian va chạm. Sau va chạm, vật lấy lại hình dạng ban đầu và tiếp tục chuyển động tách rời nhau.

+ Động năng của hệ sau va chạm bằng động năng của hệ trước va chạm

Va chạm đàn hồi giữa các viên bi da

Hệ con lắc Newton xảy ra va chạm đàn hồi

– Va chạm mềm (hay gọi là va chạm không đàn hồi)

+ Xảy ra khi hai vật dính vào nhau và chuyển động với cùng vận tốc sau va chạm

+ Động năng của hệ sau va chạm nhỏ hơn động năng của hệ trước va chạm

Va chạm mềm giữa viên đạn và khối gỗ

3. Ứng dụng kiến thức động lượng vào cuộc sống

a. Cách thức giảm chuấn thương não trong quyền anh (Boxing)

Các võ sĩ luôn có phản xạ “dịch chuyển theo cú đấm” của đối thủ nhằm tăng thời gian tương tác của cú đấm, từ đó giảm độ lớn lực tương tác và giảm thiểu khả năng chấn thương cho bản thân

b. Vai trò của đai an toàn và túi khí trong ô tô

Khi thiết kế ô tô, nhà sản xuất luôn trang bị đai an toàn và túi khí nhằm tăng thời gian va chạm của tài xế với các vật dụng trong xe từ 10 đến 100 lần. Điều này dẫn đến việc giảm đáng kể độ lớn của lực tác dụng lên tài xế và giảm thiểu khả năng chấn thương của tài xế.

B. Trắc nghiệm Các loại va chạm

Câu 1: Một người có khối lượng 50 kg nhảy ngang với vận tốc 2 m/s lên một chiếc thuyền trôi dọc theo bờ sông với vận tốc 1 m/s. Biết khối lượng của thuyền là 173,2 kg. Tìm độ lớn vận tốc của thuyền khi người đã nhảy vào thuyền.

A. 0,896 m/s.

B. 0,875 m/s.

C. 0,4 m/s.

D. 0,5 m/s.

Đáp án đúng là: A.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: ${\vec{p}}_{1} + {\vec{p}}_{2} = \vec{p}$

Vì ${\vec{ν}}_{1} ⊥ {\vec{ν}}_{2}$ nên

$V = \frac{\sqrt{{(m_{1} . ν_{1})}^{2} + {(m_{2} . ν_{2})}^{2}}}{(m_{1} + m_{2})} = \frac{\sqrt{{(50.2)}^{2} + {(173, 2.1)}^{2}}}{(50 + 173, 2)} = 0, 896 (m / s)$

Câu 2: Một quả cầu khối lượng 2 kg chuyển động với tốc độ 3 m/s tới va chạm đàn hồi xuyên tâm vào quả cầu thứ hai khối lượng 3 kg đang chuyển động với vận tốc 1 m/s ngược chiều với quả thứ nhất. Xác định vận tốc của hai quả cầu sau va chạm. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của quả cầu thứ nhất.

A. $ν_{1}^{‘} = - 1, 8 m / {s ; ν}_{2}^{‘} = 2, 2 m / s$

B. $ν_{1}^{‘} = 0, 8 m / {s ; ν}_{2}^{‘} = 2, 2 m / s$

C. $ν_{1}^{‘} = 0, 8 m / {s ; ν}_{2}^{‘} = 0, 2 m / s$

D. $ν_{1}^{‘} = 0, 8 m / {s ; ν}_{2}^{‘} = - 2, 2 m / s$

Đáp án đúng là: A.

Va chạm là đàn hồi xuyên tâm nên

+ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

$m_{1} . {\vec{ν}}_{1} + m_{2} . {\vec{ν}}_{2} = m_{1} . {\vec{ν}}_{1}^{‘} + m_{2} . {\vec{ν}}_{2}^{‘}$

$\Rightarrow m_{1} . ({\vec{ν}}_{1} - {\vec{ν}}_{1}^{‘}) = m_{2} . ({\vec{ν}}_{2}^{‘} - {\vec{ν}}_{2}) (*)$

+ Động năng trước và sau va chạm bằng nhau nên:

$\frac{m_{1} . ν_{1}^{2}}{2} + \frac{m_{2} . ν_{2}^{2}}{2} = \frac{m_{1} . ν_{1}^{‘ 2}}{2} + \frac{m_{2} . ν_{2}^{‘ 2}}{2}$

$\Rightarrow m_{1} . (ν_{1}^{2} - ν_{1}^{‘ 2}) = m_{2} . (ν_{2}^{‘ 2} - ν_{2}^{2}) (* *)$

Từ (*) và (**) ta có:

$ν_{1}^{‘} = \frac{(m_{1} - m_{2}) . ν_{1} + 2. m_{2} . ν_{2}}{(m_{1} + m_{2})}$

$ν_{2}^{‘} = \frac{(m_{2} - m_{1}) . ν_{2} + 2. m_{1} . ν_{1}}{(m_{1} + m_{2})}$

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của quả cầu thứ nhất nên $v_{1} = 3 m / s; v_{2} = - 1 m / s$

Thay số vào ta được $ν_{1}^{‘} = - 1, 8 m / {s ; ν}_{2}^{‘} = 2, 2 m / s$

Câu 3: Một vật có khối lượng 2 kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,5 s. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu? Cho g = 10 m/s².

A. 5,0 kg.m/s.

B. 10 kg.m/s.

C. 4,9 kg.m/s.

D. 0,5 kg.m/s.

Đáp án đúng là: B.

Áp dụng biểu thức: $Δ \vec{p} = \vec{F} . Δ t$ suy ra

Độ biến thiên động lượng: $Δ p = F . Δ t = m . g . Δ t = 2.10.0, 5 = 10 (k g . m / s)$

Câu 4: Quả cầu A khối lượng m₁chuyển động với vận tốc $\vec{v_{1}}$ va chạm vào quả cầu B khối lượng m₂ đứng yên. Sau va chạm, cả hai quả cầu có cùng vận tốc $\vec{v_{2}}$ . Ta có:

A. $m_{1} . {\vec{ν}}_{1} = (m_{1} + m_{2}) . {\vec{ν}}_{2}$

B. $m_{1} . {\vec{ν}}_{1} = - m_{2} . {\vec{ν}}_{2}$

C. $m_{1} . {\vec{ν}}_{1} = m_{2} . {\vec{ν}}_{2}$

D. $m_{1} . {\vec{ν}}_{1} = \frac{1}{2} (m_{1} + m_{2}) . {\vec{ν}}_{2}$

Đáp án đúng là: A.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có $m_{1} . {\vec{ν}}_{1} = (m_{1} + m_{2}) . {\vec{ν}}_{2}$

Câu 5: Viên bi A có khối lượng m₁= 60 g chuyển động với vận tốc v₁ = 5 m/s va chạm vào viên bi B có khối lượng m₂ = 40 g chuyển động ngược chiều có vận tốc $\vec{v_{2}}$ . Sau va chạm, hai viên bi đứng yên. Độ lớn vận tốc viên bi B là:

A. $ν_{2} = \frac{10}{3} (m / s)$

B. $ν_{2} = 7, 5 (m / s)$

C. $ν_{2} = \frac{25}{3} (m / s)$

D. $ν_{2} = 12, 5 (m / s)$

Đáp án đúng là: B.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:

Độ lớn vận tốc viên bi B là: $ν_{2} = \frac{m_{1} . ν_{1}}{m_{2}} = \frac{60.5}{40} = 7, 5 (m / s)$

Câu 6: Chọn đáp án đúng

A. $\vec{F} = \frac{Δ \vec{p}}{Δ t}$

B. $Δ \vec{p} = F . \vec{Δ t}$

C. $Δ \vec{p} = F . Δ t$

D. Cả đáp án A và B

Đáp án đúng là: A.

Lực tác dụng lên vật bằng tốc độ thay đổi động lượng của vật: $\vec{F} = \frac{Δ \vec{p}}{Δ t}$

Câu 7: Chọn đáp án đúng. Va chạm mềm

A. xảy ra khi hai vật dính vào nhau và chuyển động với cùng vận tốc sau va chạm.

B. là va chạm trong đó vật xuất hiện biến dạng đàn hồi trong khoảng thời gian va chạm, sau va chạm vật lấy lại hình dạng ban đầu và tiếp tục chuyển động tách rời nhau.

C. động năng của hệ sau va chạm bằng động năng của hệ trước va chạm.

D. tổng động lượng của hệ trước và chạm nhỏ hơn tổng động lượng của hệ sau va chạm.

Đáp án đúng là: A.

Va chạm mềm xảy ra khi hai vật dính vào nhau và chuyển động với cùng vận tốc sau va chạm.

+ Xét thời gian va chạm ngắn thì va chạm mềm thỏa mãn định luật bảo toàn động lượng.

+ Động năng của hệ sau và chạm nhỏ hơn động năng của hệ trước va chạm do một phần năng lượng đã bị chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.

Câu 8: Chọn đáp án đúng. Va chạm đàn hồi

A. xảy ra khi hai vật dính vào nhau và chuyển động với cùng vận tốc sau va chạm.

C. động năng của hệ sau va chạm nhỏ hơn động năng của hệ trước va chạm.

D. tổng động lượng của hệ trước và chạm nhỏ hơn tổng động lượng của hệ sau va chạm.

Đáp án đúng là: B.

Va chạm đàn hồi là va chạm trong đó vật xuất hiện biến dạng đàn hồi trong khoảng thời gian va chạm, sau va chạm vật lấy lại hình dạng ban đầu và tiếp tục chuyển động tách rời nhau.

+ Động lượng được bảo toàn.

+ Động năng của hệ sau va chạm bằng động năng của hệ trước va chạm.

Câu 9: Một người có khối lượng $m_{1} = 50 k g$ đang chạy với vận tốc $ν_{1} = 3 m / s$ thì nhảy lên một toa xe khối lượng $m_{2} = 150 k g$ chạy trên đường ray nằm ngang song song ngang qua người đó với $ν_{2} = 2 m / s$ . Tính vận tốc của toa xe sau khi người đó nhảy lên nếu ban đầu toa xe và người chuyển động cùng chiều. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe.

A. 2,5 m/s.

B. 3 m/s.

C. 2,25 m/s.

D. 5 m/s.

Đáp án đúng là: C.

Coi hệ này là hệ kín, hiện tượng này giống như va chạm mềm.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:

$m_{1} . {\vec{ν}}_{1} + m_{2} . {\vec{ν}}_{2} = (m_{1} + m_{2}) . \vec{V}$

Vì xe và người chuyển động cùng chiều dương nên:

$\Rightarrow m_{1} . ν_{1} + m_{2} . ν_{2} = (m_{1} + m_{2}) . V$

$V = \frac{m_{1} . ν_{1} + m_{2} . ν_{2}}{(m_{1} + m_{2})} = \frac{50.3 + 150.2}{50 + 150} = 2, 25 (m / s)$

Câu 10: Một người có khối lượng $m_{1} = 50 k g$ đang chạy với vận tốc $ν_{1} = 3 m / s$ thì nhảy lên một toa xe khối lượng $m_{2} = 150 k g$ chạy trên đường ray nằm ngang song song ngang qua người đó với $ν_{2} = 2 m / s$ . Tính vận tốc của toa xe sau khi người đó nhảy lên nếu ban đầu toa xe và người chuyển động ngược chiều. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe.

A. 2,25 m/s.

B. 0,75 m/s.

C. 4 m/s.

D. 5 m/s.

Đáp án đúng là: B.

Coi hệ này là hệ kín, hiện tượng này giống như va chạm mềm.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:

$m_{1} . {\vec{ν}}_{1} + m_{2} . {\vec{ν}}_{2} = (m_{1} + m_{2}) . \vec{V}$

Vì người chuyển động ngược chiều dương nên

$\Rightarrow - m_{1} . ν_{1} + m_{2} . ν_{2} = (m_{1} + m_{2}) . V$

$V = \frac{- m_{1} . ν_{1} + m_{2} . ν_{2}}{(m_{1} + m_{2})} = \frac{- 50.3 + 150.2}{50 + 150} = 0, 75 (m / s)$

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật lí 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 18: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

Bài 20: Động học của chuyển động tròn

Bài 21: Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm

Bài 22: Biến dạng của vật rắn. Đặc tính của lò xo

Bài liên quan:

Leave a Comment Hủy