Chào các em học sinh yêu quý!

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải đáp một câu hỏi rất thú vị về một trong những định luật cơ bản của cơ học: định luật bảo toàn động lượng. Nào, chúng ta cùng phân tích câu 21 nhé!

Câu 21. Trong các quá trình nào sau đây động lượng được bảo toàn?
A. Ôtô tăng tốc.
B. Ôtô giảm tốc.
C. Ôtô chuyển động tròn đều
D. Ôtô chuyển động thẳng đều trên đường có ma sát

Để giải được bài này, trước hết chúng ta cần nắm vững kiến thức về động lượng và định luật bảo toàn động lượng.

1. Nhắc lại kiến thức cơ bản:

• Động lượng của một vật là một đại lượng vectơ, được xác định bằng tích của khối lượng \(m\) và vận tốc \(\vec{v}\) của vật đó:

\( \vec{p} = m \vec{v} \)

Động lượng có cùng phương và chiều với vectơ vận tốc. Đơn vị của động lượng là kg.m/s.

• Định luật bảo toàn động lượng: Động lượng của một hệ vật được bảo toàn khi hệ đó là hệ kín, tức là không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc tổng các ngoại lực tác dụng lên hệ bằng 0.

Nếu \( \sum \vec{F}_{ngoại} = \vec{0} \), thì \( \vec{p}_{hệ} = \text{hằng số} \)

Điều này có nghĩa là động lượng của hệ không thay đổi về cả độ lớn và hướng.

2. Phân tích từng phương án:

A. Ôtô tăng tốc.
• Khi ôtô tăng tốc, có nghĩa là độ lớn của vận tốc \(\vec{v}\) của ôtô đang thay đổi (tăng lên).
• Vì vận tốc \(\vec{v}\) thay đổi, nên động lượng \( \vec{p} = m \vec{v} \) cũng thay đổi.
• Để ôtô tăng tốc, phải có một lực tổng hợp (lực kéo của động cơ lớn hơn lực cản và ma sát) tác dụng lên nó. Đây chính là ngoại lực.
• Do đó, động lượng của ôtô không được bảo toàn.

B. Ôtô giảm tốc.
• Khi ôtô giảm tốc, có nghĩa là độ lớn của vận tốc \(\vec{v}\) của ôtô đang thay đổi (giảm xuống).
• Vì vận tốc \(\vec{v}\) thay đổi, nên động lượng \( \vec{p} = m \vec{v} \) cũng thay đổi.
• Để ôtô giảm tốc, phải có một lực tổng hợp (ví dụ lực phanh, lực ma sát lớn hơn lực kéo) tác dụng ngược chiều chuyển động. Đây cũng là ngoại lực.
• Do đó, động lượng của ôtô không được bảo toàn.

C. Ôtô chuyển động tròn đều.
• “Chuyển động tròn đều” có nghĩa là độ lớn của vận tốc \( |\vec{v}| \) không đổi, nhưng hướng của vectơ vận tốc \(\vec{v}\) thay đổi liên tục (luôn tiếp tuyến với quỹ đạo tròn).
• Vì vectơ vận tốc \(\vec{v}\) thay đổi (do hướng thay đổi), nên động lượng \( \vec{p} = m \vec{v} \) cũng thay đổi.
• Để ôtô chuyển động tròn đều, phải có một lực hướng tâm tác dụng lên nó (ví dụ: lực ma sát giữa lốp xe và mặt đường). Đây là ngoại lực.
• Do đó, động lượng của ôtô không được bảo toàn.

D. Ôtô chuyển động thẳng đều trên đường có ma sát.
• “Chuyển động thẳng đều” có nghĩa là vận tốc \(\vec{v}\) của ôtô không đổi về cả độ lớn và hướng. Hay nói cách khác, gia tốc \(\vec{a} = \vec{0}\).
• Theo định luật II Newton, tổng các ngoại lực tác dụng lên vật bằng tích của khối lượng và gia tốc: \( \sum \vec{F}_{ngoại} = m \vec{a} \).
• Vì ôtô chuyển động thẳng đều nên \( \vec{a} = \vec{0} \), suy ra \( \sum \vec{F}_{ngoại} = \vec{0} \). Điều này có nghĩa là các lực tác dụng lên ôtô đã cân bằng nhau.
• Mặc dù có ma sát (một ngoại lực cản trở chuyển động), nhưng vì ôtô vẫn chuyển động thẳng đều, điều đó cho thấy có một lực kéo từ động cơ đã cân bằng chính xác với lực ma sát và các lực cản khác (như lực cản không khí). Tổng các lực này bằng 0.
• Khi tổng các ngoại lực bằng 0, động lượng của ôtô được bảo toàn.

3. Kết luận:

Dựa trên phân tích trên, chỉ có trong trường hợp ôtô chuyển động thẳng đều thì động lượng của nó mới được bảo toàn, bởi vì khi đó tổng các ngoại lực tác dụng lên ôtô bằng 0.

Vậy, đáp án đúng là D.

Các em nhớ nhé, điều kiện để động lượng của một vật (hoặc hệ vật) được bảo toàn là tổng hợp các ngoại lực tác dụng lên vật đó (hoặc hệ đó) phải bằng 0. Đây là một khái niệm rất quan trọng trong Vật lý!

Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy nhé!