Một người khối lượng 50 kg đứng ở phía đuôi của một chiếc thuyền

Bài 23: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng

Bài 23.8 trang 56 Sách bài tập Vật Lí 10: Một người khối lượng 50 kg đứng ở phía đuôi của một chiếc thuyền khối lượng 450 kg đang đỗ trên mặt hồ phẳng lặng. Người này bắt đầu đi về phía đầu thuyền. Xác định vận tốc chuyển động của thuyền trong hai trường hợp :

a) vận tốc của người đối với mặt hồ là 0,5 m/s.

b) vận tốc của người đối với thuyền là 0,5 m/s.

Lời giải:

Chọn chiều chuyển động của người là chiều dương. Hệ vật gồm thuyền và người. Do không có ma sát và tổng các ngoại lực tác dụng lên hệ vật (trọng lực và phản lực pháp tuyến) cân bằng nhau theo phương đứng, nên tổng động lượng của hệ vật theo phương ngang được bảo toàn.

Lúc đầu, hệ vật đứng yên đối với mặt hồ phẳng lặng (V₀ = 0), nên tổng động lượng của nó có trị đại số bằng: p₀ = (M + m)V₀ = 0.

a. Khi người chạy với vận tốc v = 0,5 m/s đối với mặt hồ, thì tổng động lượng của hệ vật có trị đại số bằng: p = M.v + m.v.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: p = p₀ ⇒ MV + mv = 0

suy ra vận tốc của thuyền: V = -mv/M = -50.0,5/450 ≈ 0,056(m/s)

Dấu trừ chứng tỏ vận tốc của thuyền ngược hướng với vận tốc của người

b. Khi người chạy với vận tốc v = 0,5 m/s đối với thuyền, thì tổng động lượng của hệ vật bằng: p = MV + m(v + V).

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng :

p = p₀ ⇒ MV + m(v + V) =0

suy ra vận tốc của thuyền: V = -mv/(M + m) = -50.0,5/(450 + 50) = -0,05(m/s)

Dấu trừ chứng tỏ vận tốc của thuyền ngược hướng với vận tốc của người.