Physic Labs

Cơ học Newton

Va chạm mềm (không đàn hồi)

Khảo sát va chạm mềm hoàn toàn: hai vật dính vào nhau sau va chạm. Kiểm chứng bảo toàn động lượng V=(m1u1+m2u2)/(m1+m2)V = (m_1u_1 + m_2u_2)/(m_1 + m_2) và đo phần động năng chuyển thành nội năng ΔK=Ktr−Ks\Delta K = K_{tr} - K_s.

THPT

Dụng cụ

  • Hai xe ảo có móc dính trên rãnh
  • Thanh trượt m₁, m₂, u₁, u₂ và thời gian tương tác
  • Bảng đọc P và K trước/sau va chạm

Các bước tiến hành

  1. Đo động lượng trước va chạm

    Đặt m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, u₁ = 4 m/s, u₂ = −1 m/s. Trước khi cho chạy, đọc "P trước" và "K trước" ở bảng đọc, tính tay P=m1u1+m2u2=5P = m_1u_1 + m_2u_2 = 5 kg·m/s và KtrK_{tr}. Đổi "Thời gian tương tác" để xem va chạm diễn nhanh hay chậm.

  2. Kiểm chứng vận tốc chung

    Quan sát hai xe dính nhau và đọc vận tốc sau va chạm. So với dự đoán V=m1u1+m2u2m1+m2=55=1V = \frac{m_1u_1 + m_2u_2}{m_1+m_2} = \frac{5}{5} = 1 m/s. Lặp lại với m₂ khác nhau và kiểm tra công thức — P bảo toàn dù K không.

  3. Tính năng lượng hao hụt

    Đọc "K sau" và tính ΔK=Ktr−Ks\Delta K = K_{tr} - K_s: đây là phần biến thành nhiệt, âm thanh và biến dạng. Với e=0e = 0 có thể chứng minh ΔK=12m1m2m1+m2(u1−u2)2\Delta K = \frac{1}{2}\frac{m_1m_2}{m_1+m_2}(u_1-u_2)^2 — động năng của chuyển động tương đối mất toàn bộ. Đổi u₂ để ΔK\Delta K thay đổi như bình phương hiệu vận tốc.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Va chạm mềm xuất hiện sớm trong tranh luận về "lực sống" vis viva cuối thế kỷ XVII: Leibniz lập luận mv2mv^2 mới là đại lượng bảo toàn, còn phe Descartes giữ mvmv. John Wallis (1668) đưa lời giải cho vật mềm — hai vật sau va chạm có cùng vận tốc V=∑miui/∑miV = \sum m_iu_i/\sum m_i, tức vận tốc khối tâm. Sự kiện "động năng biến mất" trong va chạm mềm từng gây bối rối cho đến khi nhiệt động lực học ra đời: Joule và Mayer (thập niên 1840) chỉ ra năng lượng không mất mà chuyển hóa thành nhiệt. Ngày nay con lắc đạn đạo — viên đạn cắm vào khối gỗ treo lơ lửng — là ứng dụng kinh điển để đo vận tốc đạn, do Benjamin Robins phát minh 1742.

Nhà vật lý liên quan

Chủ đề liên quan trong thư viện