Va chạm dính rồi lên dốc: suy tốc độ trước va chạm từ độ cao

Vật lý 10 · Ôn tập kiến thức THPT

Tách hai giai đoạn: va chạm dính dùng bảo toàn động lượng; chuyển động lên dốc nhẵn sau đó dùng bảo toàn cơ năng. Không bảo toàn động năng qua va chạm dính.

Một vật nhỏ m = 0,020 kg chuyển động ngang, va vào xe M = 0,980 kg đang đứng yên và dính lại. Sau va chạm, hệ đi lên một dốc nhẵn tới độ cao h = 0,20 m so với vị trí va chạm rồi dừng. Lấy g = 10 m/s²; bỏ xung lượng ngoại lực trong khoảng va chạm ngắn.

Giải ngược từ độ cao

Ở đoạn lên dốc, ½(M + m)v² = (M + m)gh. Vậy tốc độ ngay sau va chạm v = √(2gh) = 2 m/s.

Trong va chạm, mu = (M + m)v, nên tốc độ vật nhỏ ban đầu u = (1,000/0,020) × 2 = 100 m/s. Số liệu chỉ là bài mô hình, không yêu cầu thực hiện va chạm ngoài thực tế.

Kiểm tra động lượng: trước va chạm 0,020 × 100 = 2 kg·m/s; sau va chạm 1,000 × 2 = 2 kg·m/s.

Động năng trước va chạm là 100 J, ngay sau chỉ 2 J; chênh 98 J chuyển sang các dạng khác do va chạm không đàn hồi. Hai joule còn lại sau đó chuyển thành thế năng ở đỉnh dốc: 1 × 10 × 0,20 = 2 J.

Lỗi phổ biến là gộp từ trước va chạm đến đỉnh dốc vào một phương trình bảo toàn cơ năng. Khi ấy sẽ bỏ qua phần năng lượng mất trong va chạm và suy tốc độ ban đầu quá nhỏ.

Tự luyện: Giữ các khối lượng, chỉ đổi h = 0,050 m. Tốc độ sau va chạm 1 m/s, tốc độ ban đầu 50 m/s. Nếu dốc có ma sát, phải biết công ma sát mới suy lại v từ độ cao.

Đọc tiếp: Bảo toàn động lượng · Va chạm không đàn hồi.