Lý thuyết Vật lí 10 Bài 28: Động lượng

Trong thực tế, sức công phá hay khả năng truyền chuyển động của một vật không chỉ phụ thuộc vào vận tốc mà còn phụ thuộc vào khối lượng của nó (Ví dụ: một viên đạn nhỏ có vận tốc rất lớn có thể xuyên thủng tấm gỗ; một chiếc xe tải di chuyển chậm nhưng va chạm vẫn làm đổ sập tường gạch do khối lượng khổng lồ).

1. Định nghĩa vectơ động lượng

Động lượng của một vật có khối lượng $m$ đang chuyển động với vận tốc $\vec{v}$ là đại lượng vectơ được xác định bằng tích của khối lượng với vectơ vận tốc của vật đó:

Trong đó:
- $m$: Khối lượng của vật (đơn vị: $kg$).
- $\vec{v}$: Vectơ vận tốc của vật (đơn vị: $m/s$).
- $\vec{p}$: Vectơ động lượng của vật.

2. Đặc điểm của động lượng

• Vectơ động lượng $\vec{p}$ luôn cùng hướng với vectơ vận tốc $\vec{v}$ của vật.
• Đơn vị của động lượng trong hệ SI là kilôgam mét trên giây ($kg \cdot m/s$) hoặc Newton giây ($N \cdot s$), với $1 \, kg \cdot m/s = 1 \, N \cdot s$.
• Động lượng của một hệ gồm nhiều vật bằng tổng các vectơ động lượng của từng vật: $$\vec{p}_{\text{hệ}} = \vec{p}_1 + \vec{p}_2 + ... + \vec{p}_n$$

1. Khái niệm xung lượng của lực

Khi một lực $\vec{F}$ không đổi tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian $\Delta t$, thì tích $\vec{F} \cdot \Delta t$ được gọi là xung lượng của lực $\vec{F}$ trong khoảng thời gian $\Delta t$ đó.

2. Dạng tổng quát của Định luật 2 Newton và Định lí động lượng

Từ biểu thức định luật 2 Newton: $\vec{F} = m\vec{a} = m \frac{\vec{v}_2 - \vec{v}_1}{\Delta t} = \frac{m\vec{v}_2 - m\vec{v}_1}{\Delta t} = \frac{\Delta \vec{p}}{\Delta t}$.

Suy ra Định lí biến thiên động lượng:

3. Ứng dụng an toàn và nguyên tắc giảm chấn

Từ công thức độ lớn lực tương tác trung bình: $F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$:

• Khi va chạm xảy ra, độ biến thiên động lượng $\Delta p$ của vật bị triệt tiêu từ giá trị ban đầu về 0.
• Nếu thời gian va chạm $\Delta t$ diễn ra cực kì ngắn (như va chạm vào tường bê tông cứng), lực tác dụng $F$ sẽ cực kì lớn, gây biến dạng hủy hoại nghiêm trọng.
• Muốn làm giảm lực va đập $F$ để bảo vệ tính mạng và vật thể, ta phải kéo dài thời gian va chạm $\Delta t$:
  - Túi khí ô tô bung ra: Đệm không khí mềm giúp kéo dài thời gian dừng lại của người lái, giảm lực va chạm vào ngực và mặt.
  - Khuỵu gối khi tiếp đất: Vận động viên nhảy cao hoặc nhảy từ trên cao xuống luôn gập gối để tăng thời gian $\Delta t$, giảm áp lực phản lực của mặt đất lên khớp xương.
  - Găng tay đấm bốc và đệm mút: Tăng thời gian tiếp xúc làm giảm nguy cơ chấn thương sọ não.