Một viên đạn nặng 6 g được bắn ra khỏi nòng của một khẩu súng trường 4 kg với tốc độ 320 m/s.

a) Tìm tốc độ giật lùi của súng.

b) Nếu một người nặng 75 kg tì khẩu súng vào vai và ngắm bắn thì tốc độ giật lùi của người là bao nhiêu?

* Lời giải:

a) Coi hệ này là hệ kín.

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của đạn sau khi bắn ra khỏi nòng súng.

Động lượng của hệ trước va chạm: $\overrightarrow{p_t}=\overrightarrow{0}$

Động lượng của hệ sau va chạm: $\overrightarrow{p_s}=\overrightarrow{p_d}+\overrightarrow{p_s}=m_d\overrightarrow{v_d}+m_s\overrightarrow{v_s}$

Theo định luật bảo toàn động lượng: $\overrightarrow{p_t}=\overrightarrow{p_s}\iff \overrightarrow{0}=m_d\overrightarrow{v_d}+m_s\overrightarrow{v_s}\iff \overrightarrow{v_s}=-\frac{m_d}{m_s}\overrightarrow{v_d}$

Chiếu biểu thức vecto xuống chiều chuyển động:

$v_s=-\frac{m_d}{m_s}{v}_d=-\frac{0,006}{4}.320=-0,48m/s$

Chứng tỏ súng chuyển động giật lùi với tốc độ là 0,48 m/s.

b) Nếu tì súng lên vai thì coi như súng và người gắn với nhau.

Ta vẫn áp dụng công thức về định luật bảo toàn động lượng.

$\overrightarrow{p_t}=\overrightarrow{p_s}\iff \overrightarrow{0}=m_d\overrightarrow{v_d}+\left(m_s+m_{ng}\right)\overrightarrow{v}\iff \overrightarrow{v}=-\frac{m_d}{m_s+m_{ng}}\overrightarrow{v_d}$

Chiếu biểu thức vectơ xuống chiều chuyển động:

$v=-\frac{m_d}{m_s+m_{ng}}{v}_d=-\frac{0,006}{4+75}.320=-0,24m/s$

 

Vậy người sẽ giật lùi với tốc độ 0,24 m/s.

* Phương pháp giải:

- Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{\mathrm{v}}$ thì động lượng vật đó là

$\overrightarrow{\mathrm{p}}\text{ = }\mathrm{m}\overrightarrow{\mathrm{v}}$

* Lý thuyết nắm thêm:

Động lượng

- Vật có khối lượng và vận tốc càng lớn thì sự truyền chuyển động trong tương tác với các vật khác càng mạnh. Đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của một vật khi tương tác với vật khác gọi là động lượng của vật.

- Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{\mathrm{v}}$ thì động lượng vật đó là

$\overrightarrow{\mathrm{p}}\text{ = }\mathrm{m}\overrightarrow{\mathrm{v}}$

Động lượng là một đại lượng vectơ có cùng hướng với vận tốc. Đơn vị của động lượng là kg.m/s

 Xung lượng

Khi một lực $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn $\mathrm{\Delta t}$ thì tích $\overrightarrow{\mathrm{F}}\text{.}\mathrm{\Delta t}$ được định nghĩa là xung lượng của lực $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ trong khoảng thời gian $\mathrm{\Delta t}$ ấy ( Lực $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ được xem là không đổi trong khoảng thời gian tác dụng ngắn $\mathrm{\Delta t}$)

Đơn vị xung lượng của lực là N.s

 Liên hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên động lượng

Giả sử có một lực $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ (không đổi) tác dụng lên một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{{\mathrm{v}}_1}$. Trong khoảng thời gian tác dụng $\mathrm{\Delta t}$, vận tốc của vật biến đổi thành $\overrightarrow{{\mathrm{v}}_2}$, nghĩa là vật đã có gia tốc:

$\overrightarrow{\mathrm{a}}=\frac{\overrightarrow{{\mathrm{v}}_2}-\overrightarrow{{\mathrm{v}}_1}}{\mathrm{\Delta t}}$

Theo định luật 2 Newton:

$\overrightarrow{\mathrm{F}}\text{= m.}\overrightarrow{\mathrm{a}}=\mathrm{m}.\frac{\overrightarrow{{\mathrm{v}}_2}-\overrightarrow{{\mathrm{v}}_1}}{\mathrm{\Delta t}}$

Suy ra:

$\overrightarrow{\mathrm{F}}\text{.}\mathrm{\Delta t}=\text{ m}\overrightarrow{{\mathrm{v}}_2}-\text{m}\overrightarrow{{\mathrm{v}}_1}\text{ =}\overrightarrow{{\text{ p}}_2}-\overrightarrow{{\text{p}}_1}\Rightarrow \overrightarrow{\mathrm{F}}\text{.}\mathrm{\Delta t}\text{ = }\mathrm{\Delta }\overrightarrow{\mathrm{p}}$

Trong đó, $\overrightarrow{\mathrm{F}}\text{.}\mathrm{\Delta t}$ được gọi là xung lượng của lực, $\mathrm{\Delta }\overrightarrow{\mathrm{p}}$ gọi là độ biến thiên động lượng của vật.

- Xung lượng của lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian bằng độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó.

Dạng tổng quát của định luật 2 Newton

Từ: $\overrightarrow{\mathrm{F}}\text{.}\mathrm{\Delta t}\text{ = }\mathrm{\Delta }\overrightarrow{\mathrm{p}}\Rightarrow \overrightarrow{\mathrm{F}}=\frac{\mathrm{\Delta }\overrightarrow{\mathrm{p}}}{\mathrm{\Delta t}}$

Công thức này cho ta một cách diễn đạt khác của định luật 2 Newton, đó là lực tổng hợp tác dụng lên vật bằng tốc độ thay đổi động lượng của vật.

Xem thêm các bài viết liên quan hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Động lượng - Vật lí 10 Kết nối tri thức

Giải Vật lí 10 Bài 28 (Kết nối tri thức): Động lượng