Momentum là một phép đo khối lượng trong chuyển động. Bất kỳ vật nào đang chuyển động đều có động lượng. Theo định nghĩa của Newton, động lượng của một vật (p) là tích của khối lượng (m) và vận tốc (v) của vật đó. Trong vật lý, động lượng của một vật bằng khối lượng nhân với vận tốc.
Thông thường, động lượng được viết tắt bằng chữ cái “p” làm cho phương trình có dạng:
trong đó p là động lượng, m là khối lượng và v là vận tốc
Từ phương trình này, chúng ta có thể thấy rằng vận tốc của vật và khối lượng có tác động ngang nhau đến lượng động lượng.
Chúng ta có nhiều động lực hơn khi chúng ta đang chạy hơn là khi chúng ta đang đi bộ. Tương tự, nếu ô tô và xe đạp cùng đi trên đường phố với cùng vận tốc thì ô tô sẽ có nhiều động lượng hơn (do khối lượng lớn hơn).
Động lượng có thể được coi là công khi một vật chuyển động, tức là nó có thể tác dụng vào một vật khác bằng bao nhiêu lực. Ví dụ, một quả bóng bowling (khối lượng lớn) được đẩy rất chậm (vận tốc thấp) có thể đập vào cửa kính và không làm vỡ nó, trong khi một quả bóng chày (khối lượng nhỏ) có thể ném nhanh (vận tốc cao) và làm vỡ cùng một cửa sổ. Quả bóng chày có động lượng lớn hơn quả bóng bowling. Vì động lượng là tích của khối lượng và vận tốc ảnh hưởng đến động lượng của một vật. Như hình vẽ, một vật có khối lượng lớn và vận tốc thấp có thể có cùng động lượng với một vật có khối lượng nhỏ và vận tốc lớn. Một viên đạn là một ví dụ khác trong đó động lượng rất cao, do vận tốc bất thường.
Động lượng là một đại lượng vectơ. Đại lượng vectơ là đại lượng được mô tả đầy đủ cả độ lớn và hướng. Để mô tả đầy đủ động lượng của một quả bóng bowling nặng 5 kg đang chuyển động về phía tây với vận tốc 2m / s, chúng ta phải bao gồm thông tin về cả độ lớn và hướng của quả bóng bowling. Không đủ để nói rằng quả bóng có động lượng 10 kg m / s; Động lượng của quả bóng không được mô tả đầy đủ cho đến khi thông tin về hướng của nó được đưa ra. Hướng của vectơ động lượng cùng hướng với vận tốc của quả cầu. Hướng của vectơ vận tốc giống với hướng của một vật đang chuyển động. Nếu quả bóng bowling đang di chuyển về phía tây, thì động lượng của nó có thể được mô tả đầy đủ bằng cách nói rằng nó là 10 kg m / s về phía tây. Là một đại lượng vectơ, động lượng của một vật được mô tả đầy đủ bằng cả độ lớn và hướng. Hướng của động lượng được biểu diễn bằng một mũi tên hoặc vectơ.
Đơn vị của động lượng là kg m / s (kilôgam mét trên giây) hoặc N s (Newton giây).
Xung lực - Xung lực là sự thay đổi xung lượng gây ra bởi một lực mới; lực này sẽ tăng hoặc giảm xung lượng tùy thuộc vào hướng của lực; về phía hoặc ra khỏi đối tượng đã chuyển động trước đó. Nếu lực mới (N) hướng theo động lượng của vật (x) thì động lượng của x sẽ tăng lên; do đó nếu N hướng về đối tượng x theo hướng ngược lại, x sẽ giảm tốc và động lượng của nó sẽ giảm.
Để hiểu được sự bảo toàn động lượng, hướng của động lượng là quan trọng. Động lượng trong một hệ thống được thêm vào bằng cách sử dụng phép cộng vectơ. Theo quy tắc cộng vectơ, cộng một lượng động lượng nhất định với cùng một lượng động lượng đi theo hướng ngược lại sẽ cho tổng động lượng bằng không. Ví dụ, khi một khẩu súng được bắn, một khối lượng nhỏ (viên đạn) di chuyển với tốc độ cao theo một hướng. Một khối lượng lớn hơn (súng) chuyển động theo hướng ngược lại với tốc độ chậm hơn nhiều. Độ giật của súng là do bảo toàn động lượng. Súng chuyển động lùi với vận tốc thấp hơn viên đạn vì khối lượng của nó lớn hơn. Động lượng của đạn và động lượng của súng có độ lớn hoàn toàn bằng nhau nhưng ngược hướng. Sử dụng phép cộng vectơ để thêm động lượng của viên đạn với động lượng của súng (cùng kích thước nhưng ngược hướng) sẽ cho tổng động lượng của hệ bằng không. Động lượng của hệ thống đạn súng đã được bảo toàn.
Khi hai vật va vào nhau gọi là va chạm. Trong vật lý, một vụ va chạm không nhất thiết phải là một vụ tai nạn (như hai chiếc ô tô đâm vào nhau), mà có thể là bất kỳ sự kiện nào mà hai hoặc nhiều vật thể chuyển động tác dụng lực lên nhau trong một khoảng thời gian ngắn.
Có hai loại va chạm - đàn hồi và không đàn hồi
Va chạm đàn hồi là va chạm trong đó không có động năng nào bị mất đi. Va chạm đàn hồi xảy ra khi hai vật “nảy” ra xa nhau khi va chạm.
Va chạm không đàn hồi là va chạm trong đó một phần động năng của các vật thể va chạm bị mất đi. Điều này là do năng lượng được chuyển đổi thành một dạng năng lượng khác như nhiệt hoặc âm thanh. Va chạm không đàn hồi xảy ra khi hai vật va chạm nhau và không bật ra xa nhau.
Ví dụ:
Một lý thuyết quan trọng trong vật lý là định luật bảo toàn động lượng. Định luật này mô tả điều gì xảy ra với động lượng khi hai vật va chạm. Định luật phát biểu rằng khi hai vật va chạm trong một hệ kín thì tổng động lượng của hai vật trước va chạm bằng tổng động lượng của hai vật sau va chạm. Động lượng của mỗi vật có thể thay đổi, nhưng tổng động lượng phải giữ nguyên.
Ví dụ, nếu một quả bóng màu đỏ có khối lượng 10 kg đang đi về phía đông với vận tốc 5m / s và va chạm với một quả bóng màu xanh có khối lượng 20 kg đang đi về hướng tây với vận tốc 10 m / s thì kết quả là gì? ?
Đầu tiên, chúng tôi xác định động lượng của mỗi quả bóng trước khi va chạm:
Quả cầu đỏ = 10 kg * 5 m / s = 50 kg m / s hướng đông
Quả cầu màu xanh = 20 kg * 10 m / s = 200 kg m / s phía tây
Động lượng kết quả sẽ là cả hai quả bóng = 150 kg m / s về phía tây
Chú ý: Một vật đang đứng yên thì có động lượng 0 kg m / s.
Động lượng mà chúng ta đã thảo luận ở trên phần lớn là Động lượng tuyến tính. Nó phù hợp với hiểu biết của chúng ta về động lượng - một vật thể lớn, chuyển động nhanh có động lượng lớn hơn một vật thể nhỏ hơn, chậm hơn. Động lượng tuyến tính được biểu thị bằng p = mv
Theo Nguyên lý Bảo toàn Động lượng Tuyến tính, trong trường hợp không có ngoại lực, tổng động lượng của một hệ không thay đổi. Động lượng của các thành phần riêng lẻ có thể thay đổi nhưng tổng động lượng của hệ thống không đổi.
Nhưng những vật thể chuyển động theo hình tròn thì sao? Nó chỉ ra rằng chúng ta không thể hoàn toàn hình dung momen động lượng theo cùng một cách. Động lượng góc là động lượng của một vật đang quay hoặc chuyển động tròn đều và bằng tích của mômen quán tính và vận tốc góc. Động lượng góc được đo bằng kilôgam mét bình phương trên giây.
Một vật quay có quán tính gắn liền với nó gọi là mômen quán tính. Mômen quán tính giống như khối lượng trong động lượng tuyến tính vì nó là lực cản thay đổi tốc độ quay khi tác dụng một mômen (tương đương với lực quay).
Mômen quán tính phụ thuộc vào:
Động lượng góc được biểu thị bằng L = Iω. Phương trình này tương tự với định nghĩa của động lượng tuyến tính là p = mv. Đơn vị của mômen động lượng là kg m / s còn đơn vị của mômen động lượng là kg m2 / s. Như chúng ta mong đợi, một vật có momen quán tính I lớn, chẳng hạn như Trái đất, có momen động lượng rất lớn. Một vật có vận tốc góc ω lớn, chẳng hạn như máy li tâm, cũng có momen động lượng khá lớn.
Sự bảo toàn momen động lượng giải thích nhiều hiện tượng. Mômen động lượng toàn phần của một hệ không đổi nếu không có mômen ngoài tác dụng lên nó. Tốc độ quay có thể thay đổi đơn giản bằng cách thay đổi mômen quán tính.
Một ví dụ về bảo toàn mômen động lượng là khi một vận động viên trượt băng đang thực hiện một vòng quay. Mô-men xoắn thực của cô ấy rất gần bằng 0, bởi vì có tương đối ít ma sát giữa giày trượt của cô ấy và băng, và bởi vì ma sát được tạo ra rất gần với điểm trục. Do đó, cô ấy có thể quay trong một thời gian khá dài. Cô ấy cũng có thể làm điều gì đó khác. Cô ấy có thể tăng tốc độ quay của mình bằng cách kéo tay và chân. Tại sao kéo tay và chân lại làm tăng tốc độ quay của cô ấy? Câu trả lời là mômen động lượng của cô ấy không đổi vì mômen xoắn thực lên cô ấy nhỏ không đáng kể. Tốc độ quay của cô ấy tăng lên rất nhiều khi cô ấy kéo cánh tay của mình, làm giảm mômen quán tính của cô ấy. Công việc cô ấy thực hiện để kéo cánh tay của mình dẫn đến sự gia tăng động năng quay.
Có một số ví dụ khác về các vật thể tăng tốc độ quay của chúng vì một thứ gì đó làm giảm mômen quán tính của chúng. Lốc xoáy là một ví dụ. Hệ thống bão tạo ra lốc xoáy đang quay chậm. Khi bán kính quay thu hẹp, ngay cả trong một vùng cục bộ, vận tốc góc tăng lên, đôi khi đến mức độ dữ dội của một cơn lốc xoáy. Trái đất là một ví dụ khác. Hành tinh của chúng ta được sinh ra từ một đám mây khí và bụi khổng lồ, chuyển động quay của chúng đến từ sự hỗn loạn trong một đám mây thậm chí còn lớn hơn. Lực hấp dẫn làm cho đám mây co lại, và kết quả là tốc độ quay tăng lên.
Trong trường hợp chuyển động của con người, người ta sẽ không mong đợi mômen động lượng được bảo toàn khi một vật thể tương tác với môi trường khi chân của nó đẩy khỏi mặt đất. Các phi hành gia trôi nổi trong không gian không có mômen động lượng so với bên trong con tàu nếu họ bất động. Cơ thể của chúng sẽ tiếp tục có giá trị 0 này cho dù chúng có xoay như thế nào miễn là chúng không tạo ra lực đẩy ra khỏi thành tàu.
