Bài tập Động lượng và năng lượng trong va chạm có đáp án

+ Khi các vật va chạm với nhau, động lượng của các vật đều thay đổi, tuy nhiên động lượng của vật này giảm bao nhiêu thì động lượng của vật kia tăng bấy nhiêu.

+ Khi các vật va chạm với nhau, động năng của các vật đều thay đổi, tuy nhiên động năng của vật này giảm bao nhiêu thì động năng của vật kia tăng bấy nhiêu. Tổng động năng của hai xe được bảo toàn.

+ Nếu xét sự va chạm của các vật trên cùng một phẳng nằm ngang thì có thể coi như thế năng của các vật không đổi, dẫn đến năng lượng của hệ được bảo toàn.

- Xây dựng phương án thực hành:

Muốn xác định động lượng và năng lượng của xe trước và sau va chạm cần xác định khối lượng, vận tốc, độ cao (dùng để tính thế năng) của các xe.

+ Dụng cụ: băng đệm khí; đồng hồ đo thời gian hiện số (chọn đồng hồ có thể hiện thị được thời gian trước và sau); hai cổng quang điện; bơm nén khí; hai xe trượt (có khối lượng bằng nhau); hai tấm cản quang; chốt ghim và các dây nối.

+ Bố trí thí nghiệm:

Bước 1: Điều chỉnh cho băng đệm khí nằm ngang, lắp ống dẫn khí từ bơm nén khí vào băng đệm khí. Cấp điện cho bơm nén khí và điều chỉnh tốc độ của bơm cho thích hợp.

Bước 2: Lắp tấm cản quang vào các chốt cắm thích hợp trên mỗi xe, đặt hai xe lên băng đệm khí.

Bước 3: Lắp hai cổng quang điện vào hai giá đỡ đặt cách nhau một khoảng. Đặt 2 xe trượt ở bên ngoài 2 khoảng hai cổng quang điện, gắn với các chốt ghim được nối với các xe. Nối dây từ hai cổng quang điện vào đồng hồ đo thời gian hiện số. Cấp điện cho đồng hồ đo thời gian hiện số.

+ Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Điều chỉnh đồng hồ hiện về số 0, chỉnh 2 xe về các chốt ghim.

Bước 2: Mở chốt ghim đồng thời gắn ở 2 xe (chốt ghim này giống như một công tắc có tác dụng đẩy 2 xe chuyển động tiến lên phía trước). Khi 2 xe đi qua 2 cổng quang điện, đồng hồ bắt đầu đo thời gian 2 xe đi qua để xác định thời gian (gián tiếp tính được vận tốc trước va chạm của mỗi xe). Sau khi va chạm 2 xe bật ngược trở lại, tiếp tục đi qua cổng quang điện, đồng hồ lại đo thời gian (gián tiếp tính được vận tốc sau va chạm)

+ Cách xử lí kết quả: Sau khi đo được thời gian mỗi xe đi qua cổng quang điện trước và sau va chạm thì tính được vận tốc trước và sau va chạm. Dùng cân để cân khối lượng mỗi xe (bước này tiến hành trước khi thực hiện thí nghiệm). Sau đó sử dụng các công thức đã học để tính động lượng trước và sau va chạm của mỗi xe; động năng của mỗi xe cũng chính là năng lượng của mỗi xe.

+ Nhận xét: tổng động lượng và năng lượng của hai xe trước và sau va chạm gần bằng nhau.

- Chọn cho các xe đo chuyển động trên giá đỡ nằm ngang vì thế năng của các xe không thay đổi, cơ năng của hệ được bảo toàn.

Tham khảo bảng kết quả thí nghiệm:

Chọn khối lượng hai xe bằng nhau và bằng 0,245 kg.

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe 1 trước va chạm

+ Độ thay đổi động lượng của xe 1: $\Delta \overrightarrow{p_{xe1}}=\overrightarrow{p_1^{\text{'}}}-\overrightarrow{p_1}$

Chiếu xuống chiều dương đã chọn: $\Delta p_{xe1}=-0,077-0,109=-0,186kg.m/s$

+ Độ thay đổi động lượng của xe 2: $\Delta \overrightarrow{p_{xe2}}=\overrightarrow{p_2^{\text{'}}}-\overrightarrow{p_2}$

Chiếu xuống chiều dương đã chọn: $\Delta p_{xe2}=0,107+0,077=0,184kg.m/s$

Kết luận: độ thay đổi động lượng của 2 xe gần bằng nhau, nghĩa là xe 1 có động lượng giảm bao nhiêu thì xe 2 có động lượng tăng bấy nhiêu.

Để điền được dấu bảng này ta cần chọn chiều dương cho chuyển động, trong gợi ý đã chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe 1 trước va chạm.

Chọn khối lượng hai xe bằng nhau và bằng 0,245 kg.

Do đã chọn mốc tính thế năng ở mặt phẳng nằm ngang (mặt phẳng chứa giá đỡ nằm ngang để làm thí nghiệm) nên thế năng bằng 0. Do đó năng lượng của hệ bằng tổng động năng của các xe.

Nhận thấy tổng động năng trước và sau va chạm bằng nhau và bằng 0,036 J.