Vì sao động năng sau va chạm có thể tăng nếu một lò xo bên trong được giải phóng?

Giải thích nguyên lý

Bảo toàn động lượng không buộc động năng giữ nguyên. Nếu tương tác giải phóng năng lượng đã tích trữ, tổng động năng sau có thể lớn hơn trước mà tổng năng lượng hệ vẫn được bảo toàn. Cần kể nguồn bên trong thay vì gọi đó là va chạm đàn hồi thông thường hoặc kết luận năng lượng tự sinh ra.

Ví dụ tính từng bước

Hai xe mỗi xe 1 kg đi ngược chiều với vận tốc +2 và −2 m/s, tổng động lượng 0 và động năng 4 J. Giả sử cơ cấu chốt trong tương tác giải phóng toàn bộ 5 J của lò xo và không hao phí. Sau tách, hai xe có thể đi ra xa với vận tốc −3 và +3 m/s: động lượng vẫn 0, tổng động năng 9 J. Lò xo k = 1000 N/m nén 0,10 m chứa đúng 5 J.

Điểm dễ hiểu sai

Không gắn nhãn đàn hồi chỉ vì xe bật ra. Ở đây động năng tăng từ nguồn đàn hồi bên trong, khác điều kiện tổng động năng trước–sau bằng nhau.

Tự kiểm tra

Kiểm 4 + 1000 × 0,10²/2 = 9 J, khớp bộ vận tốc sau.

Điều kiện áp dụng

Mô hình xe và cơ cấu lý tưởng, xung lực ngoài ngang bỏ qua, lò xo nhẹ và phần tích trữ được giải phóng như dữ kiện; không mô tả thiết kế cơ cấu thật.

Đọc hình minh họa

Hai xe trước đi vào nhau và sau đi ra xa, lò xo tích 5 J được đánh dấu chuyển vào phần động năng tăng 4 → 9 J. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Động lượng là vectơ hay đại lượng vô hướng Định luật bảo toàn động lượng xét hệ nào