Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Mở đầu 3
A. Cơ sở lý thuyết về va chạm 4
I. Lý thuyết về va chạm 4
II. Phương pháp giải ứng dụng hệ thống các định luật bảo toàn 5
1. Hệ thống về các định luật bảo toàn 5
2. Chiến thuật giải quyết một bài toán vật lý có liên quan đến va chạm: 6
3. Đầu tiên ta xét các trường hợp bài toán va chạm cơ bản : 7
a/ Va chạm hoàn toàn đàn hồi : 7
b) Va chạm mềm: 8
c/ Va chạm thật giữa các vật: 10
4. Các dạng bài toán hay và khó: 12
4.1 Kích thích dao động bằng va chạm (dành cho học sinh lớp 12) 12
4.2 Va chạm không xuyên tâm của các vật chuyển động tịnh tiến 15
4.3 Va chạm của một vật quay quanh một trục cố định (xét trường hợp vật là tấm phẳng và trục quay thẳng góc với mặt phẳng của tấm)(Hình 1) 17
4.4 Ứng dụng các kết quả của bài toán va chạm vào thực tế để giải thích Bí mật của trò chơi Bi-da 19
B. Hệ thống bài tập 23
I. Bài toán thuận: Cho biết trạng thái động học của cơ hệ trước và sau va chạm. Tìm các xung lực và lượng mất mát động năng. 23
1. Bài tập ví dụ 23
2. Bài tập áp dụng 27
II. Bài toán ngịch: Cho cơ hệ và các xung lực va chạm ngoài cùng với hệ số khôi phục và các yếu tố động học trước va chạm của cơ hệ. Tìm các yếu tố động học của cơ hệ sau va chạm. 30
1. Bài tập ví dụ 30
2. Bài tập áp dụng 31
Mở đầu
Va chạm là một hiện tượng thường xuyên gặp trong đời sống. Trong ngôn ngữ hàng ngày thì va chạm xảy ra khi một vật va vào một vật khác. Các va chạm có thể là: những quả bia, cái búa và cái đinh, một quả bóng chày và một chày đập bóng và còn rất nhiều va chạm khác nữa. Va chạm cũng có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. Ví dụ như: đo vận tốc của đạn bằng cách cho đạn va chạm với con lắc thử đạn… Trong chương trình vật lý phổ thông các bài toán về va chạm là các dạng bài toán hay và khó. Va chạm có rất nhiều đặc điểm và với mỗi đặc điểm ta có một loại va chạm khac nhau. Việc phân biệt các loại va chạm và phân tích quá trình xảy ra va chạm là một điều khá khó khăn đối với học sinh phổ thông. Chuyên đề “bài toán va chạm” đưa ra nhằm giúp học sinh hiểu rõ các loại va chạm và đặc điểm của từng loại va chạm, hướng giải quyết các bài toán va chạm. Từ đó học sinh có thể vận dụng kiến thức để giải các bài toán va chạm từ đơn giản đến phức tạp hình thành cho học sinh kĩ năng phân tích hiện tượng đưa ra cách giải quyết ngắn gọn và đúng nhất. Chuyên đề còn có một cơ sở lý thuyết thực tiễn để giảng dạy tốt hơn.
Mục tiêu của chuyên đề
1) Học sinh hiểu được khái niệm va chạm, phân biệt được các loại va chạm và đặc điểm của chúng
2) Nắm được các kiến thức cơ bản để áp dụng giải các bài toán va chạm từ đơn giản đến phức tạp
3) Có thể áp dụng các kiến thức về va chạm vào thực tế đời sống hàng ngày
A. Cơ sở lý thuyết về va chạm
I. Lý thuyết về va chạm
Va chạm là một hiện tượng thường gặp trong đời sống và trong kỹ thuật. Việc áp dụng các định luật động lực học để giải bài toán va chạm thường gặp nhiều khó khăn do thời gian va chạm giữa các vật thường rất ngắn ( chỉ vào khoảng từ 10-2¬ đến 10-5 giây) nên cường độ tác dụng của các lực lên các vật thường rất lớn. Khảo sát kỹ, ta thấy nói chung quá trình va chạm gồm hai giai đoạn, giai đoạn biến dạng và giai đoạn khôi phục. Giai đoạn biến dạng kể từ lúc bắt đầu xảy ra va chạm cho đến khi các vật va chạm hết biến dạng. Giai đoạn khôi phục kể từ lúc kết thúc biến dạng, các vật khôi phục hình dạng cũ cho đến lúc kết thúc va chạm.
Va chạm được phân thành : va chạm mềm, va chạm đàn hồi và va chạm hoàn toàn đàn hồi.
Đặc điểm của va chạm mềm là sau giai đoạn biến dạng hình dáng cũ của các vật va chạm không được khôi phục lại mà chúng gắn liền lại với nhau thành một vật, nghĩa là không xảy ra giai đoạn khôi phục, mà chỉ có giai đoạn biến dạng. Nếu trong va chạm xảy ra cả hai giai đoạn biến dạng và khôi phục thì va chạm được gọi là va chạm đàn hồi. Trong va chạm đàn hồi sau khi kết thúc va chạm các vật chỉ khôi phục được một phần hình dáng của mình trước khi va chạm. Nếu sau khi va chạm mà các vật khôi phục toàn bộ hình dạng của mình trước khi va chạm thì va chạm được gọi là hoàn toàn đàn hồi.
Trong quá trình va chạm các vật thể chịu tác dụng của hai loại lực : lực thường và lực va chạm.
Lúc va chạm là những phản lực liên kết động lực xuất hiện khi hai vật va chạm nhau. Ngoài lực va chạm các lực khác tác dụng lên cơ hệ được gọi là lực thường. Lực va chạm là lực có xung lượng giới nội trong thời gian va chạm, còn lực thường có xung lượng cùng bậc với thời gian va chạm vô cùng bé.
Xung lượng của lực va chạm được gọi tắt là xung lực va chạm.
Các giai đoạn va chạm thường được đánh giá qua cac xung lực va chạm trong các giai đoạn đó. Nếu S1 và S2 là xung lực va chạm trong giai đoạn biến dạng và khôi phục tương ứng, quá trình va chạm thường được đánh giá qua tỷ số, được gọi là hệ số khôi phục, được định nghĩa như sau:
Rõ ràng ta có k = 0 trong va chạm mềm ;
k = 1 trong va chạm hoàn toàn đàn hồi ;
0 < k < 1 trong va chạm đàn hồi.
Chú ý rằng trong va chạm của cơ hệ có thể xảy ra đồng thời va chạm giữa các vật thuộc cơ hệ và va chạm của các vật đó với các vật ngoài cơ hệ đang xét. Va chạm loại đầu gọi là va chạm trong, va chạm loại sau được gọi là va chạm ngoài. Xung lực va chạm ngoài tác dụng vào cơ hệ được ký hiệu là …Xungg lực va chạm trong bao giờ cũng xuất hiện từng đôi một trực đối nhau, ký hiệu là …
Quá trình va chạm là quá trình rất phưc tạp. Để đơn giản dựa vào các đặc điểm của quá trình va chạm người ta đưa ra các giả thiết sau:
+ Giả thiết thứ nhất : Trong quá trình va chạm các lực thường được bỏ qua và chỉ xét các lực va chạm
+ Giả thiết thứ hai : Trong quá trình va chạm các chất điểm không di chuyển
+ Giả thiết thứ ba : Trong quá trình va chạm hệ số khôi phục là hằng số đối với các thông số động học của quá trình va chạm (giả thiết này tương đương với giả thiết của Newton)
Hiện tượng mất động năng khi va chạm
Trong quá trình va chạm bao giờ cũng có quá trình biến dạng và do đó bị mất động năng cho quá trình này. Vì vậy trong bài toán va chạm không áp dụng được định lí biến thiên động năng
Gọi động năng của hệ trước và sau va chạm là T0 và T tương ứng, bao giờ ta cũng có T T0. Lượng là phần động năng bị mất đi qua va chạm. Trong quá trình va chạm, việc tính lượng động năng bị mất đi qua quá trình va chạm là một nhiệm vụ quan trọng của bài toán va chạm, nó chỉ được tính cụ thể trong từng loại va chạm mà không có công thức tổng quát. Lượng mất động năng trong va chạm quan hệ mật thiết với biến dạng trong va chạm . Va chạm càng đàn hồi thì lượng mất động năng càng nhỏ, trái lại nếu va chạm càng mềm, tức là biến dạng nhiều và khôi phục ít, thì lượng mất động năng càng lớn. Vì vậy nếu mục đích của va chạm là làm biến dạng các vật thể
II. Phương pháp giải ứng dụng hệ thống các định luật bảo toàn
Hôm nay tui xin gửi đến các bạn một chiến thuật để giải các bài toán vật lý bằng phương pháp bảo toàn. Không chỉ trong vật lý, ngay cả trong hoá học chúng ta cũng thường gặp các bài hoá sử dụng các phương pháp bảo toàn như: bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron … Các phương pháp bảo toàn không phải là phương pháp giải quyết duy nhất, tuy nhiên nó lại là cách giải hay nhất, ngắn gọn nhất và dễ hiểu nhất. Vì vậy, qua bài viết này tui hi vọng sẽ giúp các bạn có một cái nhìn tổng quát về các định luật bảo toàn trong các bài toán va chạm để các bạn có thể giải các bài toán vật lý một cách nhanh gọn - một điều vô cùng quan trọng trong các kỳ thi trắc nghiệm.
1. Hệ thống về các định luật bảo toàn
Trong vật lý, va chạm được hiểu là một quá trình tương tác trong khoảng thời gian ngắn giữa các vật theo nghĩa rộng của từ này, không nhất thế các vật phải tiếp xúc trực tiếp với nhau. Khi đang ở cách xa nhau một khoảng lớn các vật là tự do. Khi đến gần nhau, các vật tương tác với nhau dẫn đến có thể xảy ra những quá trình khác nhau: các vật chập lại thành một vật, hay đơn giản chỉ là thay đổi hướng và độ lớn của vận tốc
… Cũng có thể xảy ra va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi. Trong va chạm đàn hồi các vật sau khi tương tác nhau sẽ bay ra xa nhau mà không có bất kỳ thay đổi nào về nội năng, còn trong va chạm không đàn hồi thì nội năng của hệ sau va chạm sẽ bị biến đổi.
Trong thực tế, ở mức độ nào đó va chạm xảy ra giữa các vật thường là va chạm không đàn hồi vì bao giờ các vật cũng bị nóng lên do một phần nội năng đã bị chuyển hóa thành nhiệt năng do tác dụng của lực ma sát. Tuy nhiên trong vật lý thì khía niệm về va chạm đàn hồi lại đóng vai trò quan trọng.
Trong các bài toán về va chạm, có 2 dạng bảo toàn được sử dụng:
+ Các định luật bảo toàn về động lượng (trong chuyển động tịnh tiến) và moment động lượng (trong
chuyển động quay).
+ Các định luật bảo toàn về cơ năng.
Các định luật về bảo toàn cơ năng thì chỉ được áp dụng trong va chạm tuyệt đối đàn hồi. Đối với các va chạm có sự biến đổi về nội năng thì ngoài việc sử dụng các định luật về bảo toàn động lượng ( áp dụng được với mọi loại va chạm) ta có thể áp dụng thêm định luật về biến thiên nội năng của hệ.
Các biểu thức
Đối với chuyển động tịnh tiến
- Động lượng :
- Năng lượng
+ Động năng :
+ Thế năng hấp dẫn :
+ Thế năng đàn hồi :
Đối với chuyển động quay tròn
+ Momen động lượng :
+ Động năng quay :
Đối với chuyển động tổng quát
Đối với một chuyển động bất kỳ, người ta đã chứng minh tổng quát được rằng một chuyển động bất kỳ luôn có thể biểu diễn được dưới dạng các chuyển động tịnh tiến và chuyển động tròn. Nhưng trong chương trình vật lý phổ thông, ta chỉ gặp các chuyển động dạng đơn giản như: vừa lăn không trượt ( vừa quay vừa tịnh tiến)
2. Chiến thuật giải quyết một bài toán vật lý có liên quan đến va chạm:
Các bài toán va chạm thường bao gồm các bài toán thuận, bài toán ngược và bài toán tổng hợp
Bài toán ngược : Cho cơ hệ và các xung lực va chạm ngoài cùng với hệ số khôi phục và các yếu tố động học trước va chạm của cơ hệ. Tìm các yếu tố động học của cơ hệ sau va chạm
Bài toán thuận : Cho biết trạng thái động học của cơ hệ trước và sau va chạm. Tìm các xung lực va chạm và lượng mất mát động năng.
Bài toán tổng hợp bao gồm cả hai bài toán trên.
2. Bài tập áp dụng
Bài 1: (26.16 sách giải toán vật lý 10- tập 2)
Xe chở cát khối lượng m1 = 390 kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v1 = 8 m/s. Hòn đá khối lượng m2 = 10kg bay đến cắm vào cát. Tìm vận tốc của xe khi hòn đá rơi vào cát trong hai trường hợp:
a) Hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12 m/s.
b) Hòn đá rơi thẳng đứng
Đáp số: a) 7,5 m/s
b) 7,8 m/s
Bài 2: (Bài 423 Sách 423 bài toán vật lý 10)
Một con lắc đơn gồm một hòn bi-A có khối lượng m = 100g treo trên một sợi dây dài l = 1m. Kéo con lắc lệch khỏi phương thẳng đứng góc rồi thả ra không vận tốc đầu. Bỏ qua mọi lực cản ma sát và lực cản môi trường.
1) Tìm vận tốc của hòn bi khi qua vị trí cân bằng. Lấy g = 9,8 m/s2
2) Khi đi qua vị trí cân bằng bi-A va chạm đàn hồi và xuyên tâm với một bi B có khối lượng m1 = 50g đang đứng yên trên mặt bàn.
3) Giả sử bàn cao 0,8m so với sàn nhà và bi B nằm ở mép bàn. Xác định chuyển động của bi B. Bi B bay bao lâu thì rơi xuống sàn nhà và điểm rơi cách chân bàn 0 bao nhiêu?
Hướng dẫn:
1)
(loại giá trị Vx = 1,62 m/s)
3) Chuyển động bi B là chuyển động ném ngang.
S = U.t = 1,05m
Bài 3: (Bài 35P Sách cơ sở vật lý- tập 1)
Một quả cầu thép khối lượng 0,5 kg được treo bằng một sợi dây dài 70 cm,mà đầu kia cố định và được thả rơi, lúc dây nằm ngang. Ở cuối đường đi, quả cầu va vào một khối bằng thép 2,5 kg, ban đầu đứng nghỉ trên một mặt không ma sát. Va chạm là đàn hồi. Tìm
a) Tốc độ của quả cầu
b) Tốc độ của khối thép ngay sau va chạm.
Đáp số: a) 2,47 m/s
b) 1,23 m/s
Bài 4: (bài 45E sách cơ sở vật lý - tập 1)
Một viên đạn khối lượng 10g đập vào một con lắc thử đạn khối lượng 2kg. Khối tâm của con lắc lên cao được một khoảng cách thẳng đứng 12cm. Giả sử rằng viên đạn gắn chặt vào con lắc, hãy tính tốc độ đầu của viên đạn.
Đáp án: 310 m/s.
Bài 5: (Bài 26.24 Sách giải toán vật lý 10 - tập 2)
Một vật khối lượng m¬1 = 5kg, trượt không ma sát theo một mặt phẳng nghiêng , từ độ cao h = 1,8m rơi vào một xe cát khối lượng m2 = 45kg đang đứng yên. tìm vận tốc xe sau đó. Bỏ qua ma sát giữa xe và mặt phẳng đường. Biết mặt cát rất gần mặt phẳng nghiêng. Đáp số: 0,03m/s.
Bài6: (Bài 4.21 - Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lý 10)
Một viên bi khối lượng m1 = 50g lăn trên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc v1 = 2m/s. Một viên bi thứ hai m2 = 80g lăn trên cùng một quỹ đạo thẳng của m1 nhưng ngược chiều.
a. Tìm vận tốc m2 trước va chạm để sau khi va chạm hai hòn bi đứng yên.
b. muốn sau va chạm m2 đứng yên m1 chạm, m2 đứng yên, m1 chạy ngược chiều với vận tố 2m/s thì v2 phải bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn - đáp số
a)
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Mở đầu 3
A. Cơ sở lý thuyết về va chạm 4
I. Lý thuyết về va chạm 4
II. Phương pháp giải ứng dụng hệ thống các định luật bảo toàn 5
1. Hệ thống về các định luật bảo toàn 5
2. Chiến thuật giải quyết một bài toán vật lý có liên quan đến va chạm: 6
3. Đầu tiên ta xét các trường hợp bài toán va chạm cơ bản : 7
a/ Va chạm hoàn toàn đàn hồi : 7
b) Va chạm mềm: 8
c/ Va chạm thật giữa các vật: 10
4. Các dạng bài toán hay và khó: 12
4.1 Kích thích dao động bằng va chạm (dành cho học sinh lớp 12) 12
4.2 Va chạm không xuyên tâm của các vật chuyển động tịnh tiến 15
4.3 Va chạm của một vật quay quanh một trục cố định (xét trường hợp vật là tấm phẳng và trục quay thẳng góc với mặt phẳng của tấm)(Hình 1) 17
4.4 Ứng dụng các kết quả của bài toán va chạm vào thực tế để giải thích Bí mật của trò chơi Bi-da 19
B. Hệ thống bài tập 23
I. Bài toán thuận: Cho biết trạng thái động học của cơ hệ trước và sau va chạm. Tìm các xung lực và lượng mất mát động năng. 23
1. Bài tập ví dụ 23
2. Bài tập áp dụng 27
II. Bài toán ngịch: Cho cơ hệ và các xung lực va chạm ngoài cùng với hệ số khôi phục và các yếu tố động học trước va chạm của cơ hệ. Tìm các yếu tố động học của cơ hệ sau va chạm. 30
1. Bài tập ví dụ 30
2. Bài tập áp dụng 31
Mở đầu
Va chạm là một hiện tượng thường xuyên gặp trong đời sống. Trong ngôn ngữ hàng ngày thì va chạm xảy ra khi một vật va vào một vật khác. Các va chạm có thể là: những quả bia, cái búa và cái đinh, một quả bóng chày và một chày đập bóng và còn rất nhiều va chạm khác nữa. Va chạm cũng có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. Ví dụ như: đo vận tốc của đạn bằng cách cho đạn va chạm với con lắc thử đạn… Trong chương trình vật lý phổ thông các bài toán về va chạm là các dạng bài toán hay và khó. Va chạm có rất nhiều đặc điểm và với mỗi đặc điểm ta có một loại va chạm khac nhau. Việc phân biệt các loại va chạm và phân tích quá trình xảy ra va chạm là một điều khá khó khăn đối với học sinh phổ thông. Chuyên đề “bài toán va chạm” đưa ra nhằm giúp học sinh hiểu rõ các loại va chạm và đặc điểm của từng loại va chạm, hướng giải quyết các bài toán va chạm. Từ đó học sinh có thể vận dụng kiến thức để giải các bài toán va chạm từ đơn giản đến phức tạp hình thành cho học sinh kĩ năng phân tích hiện tượng đưa ra cách giải quyết ngắn gọn và đúng nhất. Chuyên đề còn có một cơ sở lý thuyết thực tiễn để giảng dạy tốt hơn.
Mục tiêu của chuyên đề
1) Học sinh hiểu được khái niệm va chạm, phân biệt được các loại va chạm và đặc điểm của chúng
2) Nắm được các kiến thức cơ bản để áp dụng giải các bài toán va chạm từ đơn giản đến phức tạp
3) Có thể áp dụng các kiến thức về va chạm vào thực tế đời sống hàng ngày
A. Cơ sở lý thuyết về va chạm
I. Lý thuyết về va chạm
Va chạm là một hiện tượng thường gặp trong đời sống và trong kỹ thuật. Việc áp dụng các định luật động lực học để giải bài toán va chạm thường gặp nhiều khó khăn do thời gian va chạm giữa các vật thường rất ngắn ( chỉ vào khoảng từ 10-2¬ đến 10-5 giây) nên cường độ tác dụng của các lực lên các vật thường rất lớn. Khảo sát kỹ, ta thấy nói chung quá trình va chạm gồm hai giai đoạn, giai đoạn biến dạng và giai đoạn khôi phục. Giai đoạn biến dạng kể từ lúc bắt đầu xảy ra va chạm cho đến khi các vật va chạm hết biến dạng. Giai đoạn khôi phục kể từ lúc kết thúc biến dạng, các vật khôi phục hình dạng cũ cho đến lúc kết thúc va chạm.
Va chạm được phân thành : va chạm mềm, va chạm đàn hồi và va chạm hoàn toàn đàn hồi.
Đặc điểm của va chạm mềm là sau giai đoạn biến dạng hình dáng cũ của các vật va chạm không được khôi phục lại mà chúng gắn liền lại với nhau thành một vật, nghĩa là không xảy ra giai đoạn khôi phục, mà chỉ có giai đoạn biến dạng. Nếu trong va chạm xảy ra cả hai giai đoạn biến dạng và khôi phục thì va chạm được gọi là va chạm đàn hồi. Trong va chạm đàn hồi sau khi kết thúc va chạm các vật chỉ khôi phục được một phần hình dáng của mình trước khi va chạm. Nếu sau khi va chạm mà các vật khôi phục toàn bộ hình dạng của mình trước khi va chạm thì va chạm được gọi là hoàn toàn đàn hồi.
Trong quá trình va chạm các vật thể chịu tác dụng của hai loại lực : lực thường và lực va chạm.
Lúc va chạm là những phản lực liên kết động lực xuất hiện khi hai vật va chạm nhau. Ngoài lực va chạm các lực khác tác dụng lên cơ hệ được gọi là lực thường. Lực va chạm là lực có xung lượng giới nội trong thời gian va chạm, còn lực thường có xung lượng cùng bậc với thời gian va chạm vô cùng bé.
Xung lượng của lực va chạm được gọi tắt là xung lực va chạm.
Các giai đoạn va chạm thường được đánh giá qua cac xung lực va chạm trong các giai đoạn đó. Nếu S1 và S2 là xung lực va chạm trong giai đoạn biến dạng và khôi phục tương ứng, quá trình va chạm thường được đánh giá qua tỷ số, được gọi là hệ số khôi phục, được định nghĩa như sau:
Rõ ràng ta có k = 0 trong va chạm mềm ;
k = 1 trong va chạm hoàn toàn đàn hồi ;
0 < k < 1 trong va chạm đàn hồi.
Chú ý rằng trong va chạm của cơ hệ có thể xảy ra đồng thời va chạm giữa các vật thuộc cơ hệ và va chạm của các vật đó với các vật ngoài cơ hệ đang xét. Va chạm loại đầu gọi là va chạm trong, va chạm loại sau được gọi là va chạm ngoài. Xung lực va chạm ngoài tác dụng vào cơ hệ được ký hiệu là …Xungg lực va chạm trong bao giờ cũng xuất hiện từng đôi một trực đối nhau, ký hiệu là …
Quá trình va chạm là quá trình rất phưc tạp. Để đơn giản dựa vào các đặc điểm của quá trình va chạm người ta đưa ra các giả thiết sau:
+ Giả thiết thứ nhất : Trong quá trình va chạm các lực thường được bỏ qua và chỉ xét các lực va chạm
+ Giả thiết thứ hai : Trong quá trình va chạm các chất điểm không di chuyển
+ Giả thiết thứ ba : Trong quá trình va chạm hệ số khôi phục là hằng số đối với các thông số động học của quá trình va chạm (giả thiết này tương đương với giả thiết của Newton)
Hiện tượng mất động năng khi va chạm
Trong quá trình va chạm bao giờ cũng có quá trình biến dạng và do đó bị mất động năng cho quá trình này. Vì vậy trong bài toán va chạm không áp dụng được định lí biến thiên động năng
Gọi động năng của hệ trước và sau va chạm là T0 và T tương ứng, bao giờ ta cũng có T T0. Lượng là phần động năng bị mất đi qua va chạm. Trong quá trình va chạm, việc tính lượng động năng bị mất đi qua quá trình va chạm là một nhiệm vụ quan trọng của bài toán va chạm, nó chỉ được tính cụ thể trong từng loại va chạm mà không có công thức tổng quát. Lượng mất động năng trong va chạm quan hệ mật thiết với biến dạng trong va chạm . Va chạm càng đàn hồi thì lượng mất động năng càng nhỏ, trái lại nếu va chạm càng mềm, tức là biến dạng nhiều và khôi phục ít, thì lượng mất động năng càng lớn. Vì vậy nếu mục đích của va chạm là làm biến dạng các vật thể
II. Phương pháp giải ứng dụng hệ thống các định luật bảo toàn
Hôm nay tui xin gửi đến các bạn một chiến thuật để giải các bài toán vật lý bằng phương pháp bảo toàn. Không chỉ trong vật lý, ngay cả trong hoá học chúng ta cũng thường gặp các bài hoá sử dụng các phương pháp bảo toàn như: bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron … Các phương pháp bảo toàn không phải là phương pháp giải quyết duy nhất, tuy nhiên nó lại là cách giải hay nhất, ngắn gọn nhất và dễ hiểu nhất. Vì vậy, qua bài viết này tui hi vọng sẽ giúp các bạn có một cái nhìn tổng quát về các định luật bảo toàn trong các bài toán va chạm để các bạn có thể giải các bài toán vật lý một cách nhanh gọn - một điều vô cùng quan trọng trong các kỳ thi trắc nghiệm.
1. Hệ thống về các định luật bảo toàn
Trong vật lý, va chạm được hiểu là một quá trình tương tác trong khoảng thời gian ngắn giữa các vật theo nghĩa rộng của từ này, không nhất thế các vật phải tiếp xúc trực tiếp với nhau. Khi đang ở cách xa nhau một khoảng lớn các vật là tự do. Khi đến gần nhau, các vật tương tác với nhau dẫn đến có thể xảy ra những quá trình khác nhau: các vật chập lại thành một vật, hay đơn giản chỉ là thay đổi hướng và độ lớn của vận tốc
… Cũng có thể xảy ra va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi. Trong va chạm đàn hồi các vật sau khi tương tác nhau sẽ bay ra xa nhau mà không có bất kỳ thay đổi nào về nội năng, còn trong va chạm không đàn hồi thì nội năng của hệ sau va chạm sẽ bị biến đổi.
Trong thực tế, ở mức độ nào đó va chạm xảy ra giữa các vật thường là va chạm không đàn hồi vì bao giờ các vật cũng bị nóng lên do một phần nội năng đã bị chuyển hóa thành nhiệt năng do tác dụng của lực ma sát. Tuy nhiên trong vật lý thì khía niệm về va chạm đàn hồi lại đóng vai trò quan trọng.
Trong các bài toán về va chạm, có 2 dạng bảo toàn được sử dụng:
+ Các định luật bảo toàn về động lượng (trong chuyển động tịnh tiến) và moment động lượng (trong
chuyển động quay).
+ Các định luật bảo toàn về cơ năng.
Các định luật về bảo toàn cơ năng thì chỉ được áp dụng trong va chạm tuyệt đối đàn hồi. Đối với các va chạm có sự biến đổi về nội năng thì ngoài việc sử dụng các định luật về bảo toàn động lượng ( áp dụng được với mọi loại va chạm) ta có thể áp dụng thêm định luật về biến thiên nội năng của hệ.
Các biểu thức
Đối với chuyển động tịnh tiến
- Động lượng :
- Năng lượng
+ Động năng :
+ Thế năng hấp dẫn :
+ Thế năng đàn hồi :
Đối với chuyển động quay tròn
+ Momen động lượng :
+ Động năng quay :
Đối với chuyển động tổng quát
Đối với một chuyển động bất kỳ, người ta đã chứng minh tổng quát được rằng một chuyển động bất kỳ luôn có thể biểu diễn được dưới dạng các chuyển động tịnh tiến và chuyển động tròn. Nhưng trong chương trình vật lý phổ thông, ta chỉ gặp các chuyển động dạng đơn giản như: vừa lăn không trượt ( vừa quay vừa tịnh tiến)
2. Chiến thuật giải quyết một bài toán vật lý có liên quan đến va chạm:
Các bài toán va chạm thường bao gồm các bài toán thuận, bài toán ngược và bài toán tổng hợp
Bài toán ngược : Cho cơ hệ và các xung lực va chạm ngoài cùng với hệ số khôi phục và các yếu tố động học trước va chạm của cơ hệ. Tìm các yếu tố động học của cơ hệ sau va chạm
Bài toán thuận : Cho biết trạng thái động học của cơ hệ trước và sau va chạm. Tìm các xung lực va chạm và lượng mất mát động năng.
Bài toán tổng hợp bao gồm cả hai bài toán trên.
2. Bài tập áp dụng
Bài 1: (26.16 sách giải toán vật lý 10- tập 2)
Xe chở cát khối lượng m1 = 390 kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v1 = 8 m/s. Hòn đá khối lượng m2 = 10kg bay đến cắm vào cát. Tìm vận tốc của xe khi hòn đá rơi vào cát trong hai trường hợp:
a) Hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12 m/s.
b) Hòn đá rơi thẳng đứng
Đáp số: a) 7,5 m/s
b) 7,8 m/s
Bài 2: (Bài 423 Sách 423 bài toán vật lý 10)
Một con lắc đơn gồm một hòn bi-A có khối lượng m = 100g treo trên một sợi dây dài l = 1m. Kéo con lắc lệch khỏi phương thẳng đứng góc rồi thả ra không vận tốc đầu. Bỏ qua mọi lực cản ma sát và lực cản môi trường.
1) Tìm vận tốc của hòn bi khi qua vị trí cân bằng. Lấy g = 9,8 m/s2
2) Khi đi qua vị trí cân bằng bi-A va chạm đàn hồi và xuyên tâm với một bi B có khối lượng m1 = 50g đang đứng yên trên mặt bàn.
3) Giả sử bàn cao 0,8m so với sàn nhà và bi B nằm ở mép bàn. Xác định chuyển động của bi B. Bi B bay bao lâu thì rơi xuống sàn nhà và điểm rơi cách chân bàn 0 bao nhiêu?
Hướng dẫn:
1)
(loại giá trị Vx = 1,62 m/s)
3) Chuyển động bi B là chuyển động ném ngang.
S = U.t = 1,05m
Bài 3: (Bài 35P Sách cơ sở vật lý- tập 1)
Một quả cầu thép khối lượng 0,5 kg được treo bằng một sợi dây dài 70 cm,mà đầu kia cố định và được thả rơi, lúc dây nằm ngang. Ở cuối đường đi, quả cầu va vào một khối bằng thép 2,5 kg, ban đầu đứng nghỉ trên một mặt không ma sát. Va chạm là đàn hồi. Tìm
a) Tốc độ của quả cầu
b) Tốc độ của khối thép ngay sau va chạm.
Đáp số: a) 2,47 m/s
b) 1,23 m/s
Bài 4: (bài 45E sách cơ sở vật lý - tập 1)
Một viên đạn khối lượng 10g đập vào một con lắc thử đạn khối lượng 2kg. Khối tâm của con lắc lên cao được một khoảng cách thẳng đứng 12cm. Giả sử rằng viên đạn gắn chặt vào con lắc, hãy tính tốc độ đầu của viên đạn.
Đáp án: 310 m/s.
Bài 5: (Bài 26.24 Sách giải toán vật lý 10 - tập 2)
Một vật khối lượng m¬1 = 5kg, trượt không ma sát theo một mặt phẳng nghiêng , từ độ cao h = 1,8m rơi vào một xe cát khối lượng m2 = 45kg đang đứng yên. tìm vận tốc xe sau đó. Bỏ qua ma sát giữa xe và mặt phẳng đường. Biết mặt cát rất gần mặt phẳng nghiêng. Đáp số: 0,03m/s.
Bài6: (Bài 4.21 - Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lý 10)
Một viên bi khối lượng m1 = 50g lăn trên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc v1 = 2m/s. Một viên bi thứ hai m2 = 80g lăn trên cùng một quỹ đạo thẳng của m1 nhưng ngược chiều.
a. Tìm vận tốc m2 trước va chạm để sau khi va chạm hai hòn bi đứng yên.
b. muốn sau va chạm m2 đứng yên m1 chạm, m2 đứng yên, m1 chạy ngược chiều với vận tố 2m/s thì v2 phải bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn - đáp số
a)
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links