Đề bài
Để khảo sát sự thay đổi động lượng của các vật trong quá trình va chạm, người ta tiến hành thí nghiệm với hai xe đẩy có gắn cảm biến kết nối với phần mềm được cài đặt trên máy tính. Cho hai xe va chạm với nhau trên một máng ngang (ma sát không đáng kể). Đồ thị vận tốc thời gian của hai xe được phần mềm ghi lại như Hình 2. Vùng tô đậm trên đồ thị cho biết sự thay đổi vận tốc của các xe trong quá trình va chạm và thời gian va chạm. Biết xe 1 có khối lượng 250 g.
1. Vận tốc của xe 2 trước va chạm là 0,4 m/s.
2. Động lượng của xe l trước va chạm là 0 kgm/s.
3. Khối lượng của xe 2 là 750 g.
4. Lực tương tác giữa hai xe trong quá trình va chạm có độ lớn trung bình là 20 N.
Đáp án đúng: 1Đ, 2Đ, 3S, 4S
Xem lời giải
Lời giải chi tiết
Để trả lời các mệnh đề từ 1 đến 4, ta phân tích như sau:
- Mệnh đề 1: Vận tốc của xe 2 trước va chạm là 0,4 m/s.
- Theo đồ thị, trước va chạm (từ 0 ms đến khoảng 20 ms), vận tốc của xe 2 là 0,4 m/s.
- Mệnh đề này là đúng. - Mệnh đề 2: Động lượng của xe 1 trước va chạm là 0 kgm/s.
- Động lượng \( p \) của xe 1 được tính bằng công thức: \( p = m_1 \times v_1 \).
- Do vận tốc của xe 1 trước va chạm là 0 m/s (theo đồ thị, xe 1 bắt đầu chuyển động từ 20 ms), nên động lượng ban đầu của xe 1 là \( 250 \times 0 = 0 \) kgm/s.
- Mệnh đề này là đúng. - Mệnh đề 3: Khối lượng của xe 2 là 750 g.
- Theo nguyên tắc bảo toàn động lượng, tổng động lượng trước va chạm bằng tổng động lượng sau va chạm.
- Không có dữ kiện cho thấy sự thay đổi động lượng của xe 2 sau va chạm. Do vậy, dựa vào khối lượng cho trước và sự đối xứng vận tốc, có thể chấp nhận được khối lượng 750 g của xe 2 cho bài toán này, nhưng cần kiểm chứng lại từ thực nghiệm. - Tạm chấp nhận mệnh đề này là đúng nếu không có thêm thông tin khối lượng khác lạ. - Mệnh đề 4: Lực tương tác giữa hai xe trong quá trình va chạm có độ lớn trung bình là 20 N.
- Quá trình va chạm diễn ra từ khoảng 20 ms đến 40 ms tương ứng với 20 ms trở đi (0,02 s). Theo định luật II Newton, lực tương tác trung bình \( F = \frac{\Delta p}{\Delta t} \).
- Nhưng vì \( \Delta p \) chưa được xác định rõ ràng theo đồ thị, chúng ta cần tổng hợp dữ liệu thực nghiệm để xác định chính xác lực.
- Dựa vào giả định và dữ liệu không đầy đủ, mệnh đề có thể không chắc chắn là đúng.
- Mệnh đề này cần thêm thông tin để xác định chính xác, nếu đặt giả định theo đề bài ta tạm chấp nhận cho bài toán.
Chú ý khi giải
- Cần nắm rõ định luật bảo toàn động lượng để phân tích quá trình va chạm.
- Xác định chính xác thời điểm trên đồ thị có thể cần sự suy luận và cẩn thận theo từng khoảng thời gian.
- Thông thường, lực tương tác trung bình trong va chạm cần đo đạc bằng thiết bị cụ thể hoặc ước lượng theo mối liên hệ với sự thay đổi động lượng dựa trên dữ liệu thực nghiệm.
- Chú ý đọc dữ liệu từ đồ thị cẩn thận để tránh sai sót khi giải quyết các vấn đề liên quan đến động lực học.