Bài 30: Thực hành: Xác định động lượng của vật trước và sau va chạm

1. Kiến thức trọng tâm

Mục đích của bài thực hành là kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng bằng thí nghiệm va chạm trên đệm khí hoặc trên máng trượt. Khi hai vật va chạm trong hệ gần như kín, tổng động lượng trước va chạm phải bằng tổng động lượng sau va chạm: $m_1\vec{v}_1 + m_2\vec{v}_2 = m_1\vec{v}_1' + m_2\vec{v}_2'$.

Dụng cụ thí nghiệm gồm máng trượt hoặc đệm khí để giảm ma sát, hai xe trượt có khối lượng đã biết, cổng quang điện kết hợp đồng hồ đo thời gian để xác định vận tốc, và băng dính hoặc nam châm để tạo va chạm mềm. Vận tốc của xe được tính từ độ dài tấm chắn sáng và thời gian chắn sáng qua cổng quang điện: $v = \frac{d}{\Delta t}$.

Trong thực hành, cần đo nhiều lần để giảm sai số ngẫu nhiên, đồng thời chú ý loại trừ ma sát và đảm bảo hai xe chuyển động trên cùng một đường thẳng để các vectơ động lượng cùng phương.

2. Ví dụ minh họa

Xe 1 có khối lượng $0{,}3,kg$ chuyển động với vận tốc $0{,}8,m/s$ đến va chạm mềm với xe 2 có khối lượng $0{,}2,kg$ đang đứng yên. Sau va chạm, hai xe dính vào nhau và chuyển động với vận tốc đo được $0{,}45,m/s$. Kiểm chứng bảo toàn động lượng.

Lời giải: Động lượng trước va chạm: $p_{trước} = 0{,}3 \cdot 0{,}8 = 0{,}24,kg \cdot m/s$. Động lượng sau va chạm: $p_{sau} = (0{,}3 + 0{,}2) \cdot 0{,}45 = 0{,}225,kg \cdot m/s$. Hai giá trị gần bằng nhau, sai số khoảng $6$ do ma sát và sai số đo, phù hợp với định luật bảo toàn động lượng.

3. Ghi nhớ

• Va chạm trên đệm khí gần như là va chạm trong hệ kín.
• Vận tốc đo bằng cổng quang điện: $v = \frac{d}{\Delta t}$.
• So sánh tổng động lượng trước và sau va chạm để kiểm chứng định luật.