Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

1. Kiến thức trọng tâm

Một hệ được gọi là hệ kín nếu không có ngoại lực tác dụng lên hệ, hoặc các ngoại lực tác dụng lên hệ cân bằng nhau. Định luật bảo toàn động lượng phát biểu: động lượng của một hệ kín được bảo toàn, tức là tổng động lượng của hệ không thay đổi theo thời gian: $\vec{p}_1 + \vec{p}_2 + \dots + \vec{p}_n = \text{hằng số}$.

Định luật này đúng cho mọi va chạm và mọi tương tác trong hệ kín, dù va chạm đàn hồi hay va chạm mềm. Khi hai vật va chạm mềm và dính vào nhau, chúng chuyển động cùng vận tốc sau va chạm. Khi một vật nổ thành nhiều mảnh, tổng động lượng của các mảnh vẫn bằng động lượng ban đầu của vật.

Định luật bảo toàn động lượng có ứng dụng rộng rãi: giải thích nguyên tắc hoạt động của tên lửa, súng giật lùi, và giúp tính vận tốc của các vật sau va chạm mà không cần biết chi tiết lực tương tác.

2. Ví dụ minh họa

Một toa xe khối lượng $2000,kg$ chuyển động với vận tốc $3,m/s$ đến va chạm mềm với một toa xe khác khối lượng $3000,kg$ đang đứng yên. Tính vận tốc chung của hai toa xe sau va chạm.

Lời giải: Hệ hai toa xe là hệ kín theo phương ngang. Áp dụng bảo toàn động lượng: $m_1v_1 = (m_1 + m_2)v$. Suy ra $v = \frac{2000 \cdot 3}{2000 + 3000} = \frac{6000}{5000} = 1{,}2,m/s$. Vậy hai toa xe chuyển động cùng nhau với vận tốc $1{,}2,m/s$.

3. Ghi nhớ

• Hệ kín: không có ngoại lực tác dụng hoặc ngoại lực cân bằng nhau.
• Động lượng của hệ kín được bảo toàn: $\sum \vec{p} = \text{hằng số}$.
• Va chạm mềm: các vật dính vào nhau, chuyển động cùng vận tốc.