Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

Linear Momentum · ⁨Động lượng tuyến tính⁩

AP Physics C: Mechanics · ⁨AP Vật lý C: Cơ học⁩ · Topic 4 · ⁨Chủ đề 4⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
7:00

Động lượng tuyến tính

Một chiếc ô tô dừng lại sau va chạm. Với túi khí, người lái xe bước đi. Không có nó, họ không thể. Trong cả hai trường hợp, sự thay đổi động lượng là chính xác như nhau — từ đầy đủ…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp⁩

4.1

Linear Momentum · ⁨Động lượng tuyến tính⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 4.1.A: Describe the linear momentum of an object or system.

  • 4.1.A.1 Linear momentum is defined by the equation $\vec{p} = m\vec{v}$.
  • 4.1.A.2 Momentum is a vector quantity and has the same direction as the velocity.
  • 4.1.A.3 Momentum can be used to analyze collisions and explosions.
    • 4.1.A.3.i A collision is a model for an interaction where the forces exerted between the involved objects in the system are much larger than the net external force exerted on those objects during the interaction.
    • 4.1.A.3.ii As only the initial and final states of a collision are analyzed, the object model may be used to analyze collisions.
    • 4.1.A.3.iii An explosion is a model for an interaction in which forces internal to the system move objects within that system apart.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 4.1.A: Mô tả động lượng tuyến tính của một vật hoặc hệ.

  • 4.1.A.1 Động lượng tuyến tính được định nghĩa bởi phương trình $\vec{p} = m\vec{v}$.
  • 4.1.A.2 Động lượng là đại lượng vector và có cùng hướng với vận tốc.
  • 4.1.A.3 Động lượng có thể được sử dụng để phân tích va chạm và vụ nổ.
    • 4.1.A.3.i Va chạm là mô hình cho một tương tác trong đó các lực tác dụng giữa các vật tham gia trong hệ lớn hơn rất nhiều so với ngoại lực ròng tác dụng lên các vật đó trong suốt quá trình tương tác.
    • 4.1.A.3.ii Vì chỉ trạng thái đầu và cuối của va chạm được phân tích, mô hình vật chất điểm có thể được dùng để phân tích va chạm.
    • 4.1.A.3.iii Vụ nổ là mô hình cho một tương tác trong đó các lực nội bộ của hệ đẩy các vật nằm trong hệ ra xa nhau.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English

Linear momentum 动量 is mass times velocity:

$$\vec{p}=m\vec{v}.$$

It is a vector 矢量 pointing along the velocity, and it is the quantity for analysing collisions 碰撞 and explosions 爆炸. A collection of objects can be treated as one system moving with the velocity of its center of mass 质心:

$$\vec{v}_{\text{cm}}=\frac{\sum m_i\vec{v}_i}{\sum m_i},$$

so the system's total momentum is its total mass times $\vec{v}_{\text{cm}}$ – one object's worth of bookkeeping for any number of parts.

Tiếng Việt

Động lượng tuyến tính là tích của khối lượng và vận tốc:

$$\vec{p}=m\vec{v}.$$

Nó là một véc-tơ chỉ theo phương vận tốc, và là thông số chính để phân tích va chạm và phá vỡ. Một tập hợp vật thể có thể được xem xét như một hệ duy nhất di chuyển với vận tốc trọng tâm của nó:

$$\vec{v}_{\text{cm}}=\frac{\sum m_i\vec{v}_i}{\sum m_i},$$

nên tổng động lượng của hệ bằng tổng khối lượng nhân với $\vec{v}_{\text{cm}}$ – một cách tính toán đơn giản hóa bất kể số lượng bộ phận tham gia.

4.2

Change in Momentum and Impulse · ⁨Sự biến thiên động lượng và Xung lực⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 4.2.A: Describe the impulse delivered to an object or system.

  • 4.2.A.1 The rate of change of a system's momentum is equal to the net external force exerted on that system.
    • Equation: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{d\vec{p}}{dt}$
  • 4.2.A.2 Impulse is defined as the integral of a force exerted on an object or system over a time interval.
    • Equation: $\vec{J} = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} \vec{F}_{\text{net}}(t)\,dt$
  • 4.2.A.3 Impulse is a vector quantity and has the same direction as the net force exerted on the system.
  • 4.2.A.4 The impulse delivered to a system by a net external force is equal to the area under the curve of a graph of the net external force exerted on the system as a function of time.
  • 4.2.A.5 The net external force exerted on a system is equal to the slope of a graph of the momentum of the system as a function of time.

Learning Objective 4.2.B: Describe the relationship between the impulse exerted on an object or system and the change in momentum of the object or system.

  • 4.2.B.1 Change in momentum is the difference between a system's final momentum and its initial momentum.
    • Equation: $\Delta\vec{p} = \vec{p} - \vec{p}_0$
  • 4.2.B.2 The impulse–momentum theorem relates the impulse delivered to an object and the object's change in momentum.
    • 4.2.B.2.i The impulse exerted on an object is equal to the object's change in momentum.
      • Equation: $\vec{J} = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} \vec{F}_{\text{net}}(t)\,dt = \Delta\vec{p}$
    • 4.2.B.2.ii Newton's second law of motion is a direct result of the impulse–momentum theorem applied to systems with constant mass.
      • Equation: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{d\vec{p}}{dt} = m\dfrac{d\vec{v}}{dt} = m\vec{a}$
    • 4.2.B.2.iii The impulse–momentum theorem also describes the behavior of a system in which the velocity is constant but the mass changes with respect to time.
      • Equation: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{d\vec{p}}{dt} = \dfrac{dm}{dt}\vec{v}$
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 4.2.A: Mô tả xung lượng tác dụng lên một vật hoặc hệ.

  • 4.2.A.1 Tốc độ thay đổi động lượng của một hệ bằng lực ngoài tổng hợp tác dụng lên hệ đó.
    • Phương trình: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{d\vec{p}}{dt}$
  • 4.2.A.2 Xung lực được định nghĩa là tích phân của lực tác dụng lên một vật hoặc hệ trong một khoảng thời gian.
    • Phương trình: $\vec{J} = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} \vec{F}_{\text{net}}(t)\,dt$
  • 4.2.A.3 Xung lượng là đại lượng vector và có cùng hướng với ngoại lực ròng tác dụng lên hệ.
  • 4.2.A.4 Xung lượng tác dụng lên một hệ bởi ngoại lực ròng bằng diện tích phía dưới đường cong của đồ thị biểu diễn ngoại lực ròng tác dụng lên hệ theo hàm số thời gian.
  • 4.2.A.5 Ngoại lực ròng tác dụng lên một hệ bằng hệ số góc của đồ thị biểu diễn động lượng của hệ theo hàm số thời gian.

Mục tiêu học tập 4.2.B: Mô tả mối quan hệ giữa xung lực tác dụng lên một vật hoặc hệ và sự thay đổi động lượng của vật hoặc hệ đó.

  • 4.2.B.1 Sự biến thiên động lượng là hiệu giữa động lượng cuối và động lượng ban đầu của hệ.
    • Phương trình: $\Delta\vec{p} = \vec{p} - \vec{p}_0$
  • 4.2.B.2 Định lý xung-động lượng liên hệ giữa xung lực truyền cho một vật và sự thay đổi động lượng của vật đó.
    • 4.2.B.2.i Xung lực tác dụng lên một vật bằng với sự thay đổi động lượng của vật đó.
      • Phương trình: $\vec{J} = \displaystyle\int_{t_1}^{t_2} \vec{F}_{\text{net}}(t)\,dt = \Delta\vec{p}$
    • 4.2.B.2.ii Định luật II Newton về chuyển động là kết quả trực tiếp của định lý xung-động lượng áp dụng cho các hệ có khối lượng không đổi.
      • Phương trình: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{d\vec{p}}{dt} = m\dfrac{d\vec{v}}{dt} = m\vec{a}$
    • 4.2.B.2.iii Định lý xung-động lượng cũng mô tả hành vi của một hệ mà trong đó vận tốc không đổi nhưng khối lượng thay đổi theo thời gian.
      • Phương trình: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{d\vec{p}}{dt} = \dfrac{dm}{dt}\vec{v}$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English

Newton's second law is really a statement about momentum:

$$\vec{F}_{\text{net}}=\frac{d\vec{p}}{dt},$$

which reduces to $m\vec{a}$ when the mass is constant – and handles a changing mass when it is not (the special case $\vec{F}=\dfrac{dm}{dt}\vec{v}$ holds only when the velocity is constant, e.g. a chain piling onto a scale or sand landing on a belt moving at fixed speed; a rocket does not fit, since it accelerates). The impulse 冲量 delivered by a force is its time integral, and the impulse–momentum theorem 冲量-动量定理 says it equals the change in momentum:

$$\vec{J}=\int_{t_1}^{t_2}\vec{F}_{\text{net}}\,dt=\Delta\vec{p}.$$

Impulse is a vector along the net force. Read it off graphs both ways:

  • On a force–time graph, impulse is the area under the curve.
  • On a momentum–time graph, the net force is the slope 斜率 at each instant.

Spreading the same $\Delta p$ over a longer time lowers the force – that is why airbags, crumple zones, and soft landings work, and why you bend your knees when you land.

Worked example. A time-varying force $F(t)=10t\ \text{N}$ acts on a $2.0\ \text{kg}$ object for $2.0\ \text{s}$. The impulse is $J=\displaystyle\int_0^2 10t\,dt=\big[5t^2\big]_0^2=20\ \text{N}\cdot\text{s}$, so the speed changes by $\Delta v=J/m=10\ \text{m/s}$.

Tiếng Việt

Định luật thứ hai của Newton thực chất là phát biểu về động lượng:

$$\vec{F}_{\text{net}}=\frac{d\vec{p}}{dt},$$

giản hóa thành $m\vec{a}$ khi khối lượng không đổi – và xử lý khối lượng thay đổi khi nó không phải hằng số (trường hợp đặc biệt $\vec{F}=\dfrac{dm}{dt}\vec{v}$ chỉ đúng khi vận tốc không đổi, ví dụ như chuỗi rơi vào cân hoặc cát rơi lên băng tải chạy đều; tên lửa không thuộc trường hợp này vì nó gia tốc). Xung lượng mà lực tác dụng là tích phân theo thời gian của lực, và định lý xung lượng - động lượng nói rằng nó bằng độ biến thiên động lượng:

$$\vec{J}=\int_{t_1}^{t_2}\vec{F}_{\text{net}}\,dt=\Delta\vec{p}.$$

Xung lượng là một véc-tơ theo phương của lực hợp. Đọc nó trên đồ thị theo cả hai cách:

  • Trên đồ thị lực - thời gian, xung lượng là diện tích dưới đường cong.
  • Trên đồ thị động lượng - thời gian, lực hợp là độ dốc tại mỗi thời điểm.
Xung lực là diện tích dưới đường cong lực - thời gian, bằng lực trung bình nhân với thời gian tiếp xúc
Xung lực là diện tích dưới đường cong lực - thời gian, bằng lực trung bình nhân với thời gian tiếp xúc

Phân tán cùng một $\Delta p$ trong khoảng thời gian dài hơn sẽ làm giảm lực – đó là lý do túi khí, vùng hấp thụ va đập và việc hạ cánh mềm hoạt động hiệu quả, cũng như lý do chúng ta gập gối khi hạ cánh.

Ví dụ minh họa. Một lực biến đổi theo thời gian $F(t)=10t\ \text{N}$ tác dụng lên vật $2.0\ \text{kg}$ trong khoảng thời gian $2.0\ \text{s}$. Xung lượng là $J=\displaystyle\int_0^2 10t\,dt=\big[5t^2\big]_0^2=20\ \text{N}\cdot\text{s}$, nên vận tốc thay đổi một lượng $\Delta v=J/m=10\ \text{m/s}$.

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
Linear momentum/ˈlɪnɪə məʊˈmentəm/ Động lượng tuyến tính
vector/ˈvektə/ vector
collisions/kəˈlɪʒnz/ Va chạm
explosions/ekˈspləʊʒnz/ Phá nổ
center of mass/ˈsentə ɒv mæs/ trọng tâm
impulse/ˈɪmpʌls/ xung điện
impulse–momentum theorem/ˈɪmpʌls məʊˈmentəm ˈθɪərəm/ Định lý xung – động lượng
slope/sləʊp/ hệ số góc
conserved/kənˈsɜːvd/ bảo toàn
kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ động năng
elastic collision/ɪˈlæstɪk kəˈlɪʒn/ va chạm đàn hồi
inelastic collision/ɪnɪˈlæstɪk kəˈlɪʒn/ va chạm không đàn hồi
deformation/ˌdiːfɔːˈmeɪʃn/ biến dạng
perfectly inelastic collision/ˈpɜːfektlɪ ɪnɪˈlæstɪk kəˈlɪʒn/ va chạm không đàn hồi hoàn toàn
4.3

Conservation of Linear Momentum · ⁨Bảo toàn động lượng tuyến tính⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 4.3.A: Describe the behavior of a system using conservation of linear momentum.

  • 4.3.A.1 A collection of objects with individual momenta can be described as one system with one center-of-mass velocity.
    • 4.3.A.1.i For a collection of objects, the velocity of a system's center of mass can be calculated using the equation
      • Equation: $\vec{v}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum \vec{p}_i}{\sum m_i} = \dfrac{\sum (m_i \vec{v}_i)}{\sum m_i}$
    • 4.3.A.1.ii The velocity of a system's center of mass is constant in the absence of a net external force.
  • 4.3.A.2 The total momentum of a system is the sum of the momenta of the system's constituent parts.
  • 4.3.A.3 In the absence of net external forces, any change to the momentum of an object within a system must be balanced by an equivalent and opposite change of momentum elsewhere within the system. Any change to the momentum of a system is due to a transfer of momentum between the system and its surroundings.
    • 4.3.A.3.i The impulse exerted by one object on a second object is equal and opposite to the impulse exerted by the second object on the first. This is a direct result of Newton's third law.
    • 4.3.A.3.ii A system may be selected so that the total momentum of that system is constant.
    • 4.3.A.3.iii If the total momentum of a system changes, that change will be equivalent to the impulse exerted on the system.
      • Equation: $\vec{J} = \Delta\vec{p}$
  • 4.3.A.4 Correct application of conservation of momentum can be used to determine the velocity of a system immediately before and immediately after collisions or explosions.

Boundary statement: AP Physics C: Mechanics only expects students to quantitatively analyze collisions and interactions in one or two dimensions. Three-dimensional collisions may be analyzed qualitatively.

Learning Objective 4.3.B: Describe how the selection of a system determines whether the momentum of that system changes.

  • 4.3.B.1 Momentum is conserved in all interactions.
  • 4.3.B.2 If the net external force on the selected system is zero, the total momentum of the system is constant.
  • 4.3.B.3 If the net external force on the selected system is nonzero, momentum is transferred between the system and the environment.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 4.3.A: Mô tả hành vi của một hệ dựa trên nguyên lý bảo toàn động lượng tuyến tính.

  • 4.3.A.1 Một tập hợp các vật có động lượng riêng lẻ có thể được mô tả như một hệ duy nhất với một vận tốc tâm khối.
    • 4.3.A.1.i Đối với một tập hợp các vật, vận tốc của tâm khối lượng hệ có thể được tính toán bằng phương trình
      • Phương trình: $\vec{v}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum \vec{p}_i}{\sum m_i} = \dfrac{\sum (m_i \vec{v}_i)}{\sum m_i}$
    • 4.3.A.1.ii Vận tốc tâm khối của hệ không đổi khi không có ngoại lực ròng tác dụng.
  • 4.3.A.2 Tổng động lượng của một hệ bằng tổng các động lượng của các thành phần cấu tạo nên hệ.
  • 4.3.A.3 Trong điều kiện không có ngoại lực ròng, mọi sự thay đổi động lượng của một vật bên trong hệ phải được cân bằng bởi một sự thay đổi động lượng tương đương và ngược chiều ở nơi khác bên trong hệ. Mọi sự thay đổi động lượng của hệ là do sự truyền động lượng giữa hệ và môi trường xung quanh.
    • 4.3.A.3.i Xung lượng mà một vật tác dụng lên vật thứ hai bằng và ngược hướng với xung lượng mà vật thứ hai tác dụng lên vật đầu tiên. Đây là kết quả trực tiếp của Định luật III Newton.
    • 4.3.A.3.ii Một hệ thống có thể được chọn sao cho tổng động lượng của hệ thống đó không đổi.
    • 4.3.A.3.iii Nếu tổng động lượng của một hệ thống thay đổi, sự thay đổi đó sẽ tương đương với xung lực tác dụng lên hệ thống đó.
      • Phương trình: $\vec{J} = \Delta\vec{p}$
  • 4.3.A.4 Áp dụng đúng định luật bảo toàn động lượng có thể được sử dụng để xác định vận tốc của hệ ngay trước và ngay sau va chạm hoặc nổ.

Tuyên bố giới hạn: AP Physics C: Cơ học chỉ yêu cầu học sinh phân tích định lượng va chạm và tương tác trong một hoặc hai chiều. Va chạm ba chiều có thể được phân tích định tính.

Mục tiêu học tập 4.3.B: Mô tả cách lựa chọn hệ quyết định liệu động lượng của hệ đó có thay đổi hay không.

  • 4.3.B.1 Động lượng được bảo toàn trong mọi tương tác.
  • 4.3.B.2 Nếu hợp lực bên ngoài tác dụng lên hệ đã chọn bằng không, tổng động lượng của hệ là không đổi.
  • 4.3.B.3 Nếu hợp lực bên ngoài tác dụng lên hệ đã chọn khác không, động lượng được truyền giữa hệ và môi trường xung quanh.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English

Internal forces come in Newton's-third-law pairs, so they cancel inside any system: they can shuffle momentum between parts but never change the total. Momentum only enters or leaves a system through a net external force ($\vec{J}=\Delta\vec{p}$). So, with zero net external force, total momentum is conserved 守恒:

$$\sum\vec{p}_{\text{before}}=\sum\vec{p}_{\text{after}}.$$

Momentum is conserved in every collision, however violent – choose the system large enough that the collision forces are internal. Apply conservation separately along each axis; AP asks for quantitative work in one or two dimensions.

Worked example (explosion). A $6.0\ \text{kg}$ shell at rest splits into a $2.0\ \text{kg}$ piece moving at $9.0\ \text{m/s}$ east and a $4.0\ \text{kg}$ piece. Total momentum stays zero, so the heavy piece moves west at $v=\dfrac{2.0(9.0)}{4.0}=4.5\ \text{m/s}$. The kinetic energy came from stored (chemical or spring) energy – momentum conservation does not require kinetic-energy conservation.

Tiếng Việt

Lực nội sinh xuất hiện theo cặp theo định luật thứ ba của Newton, nên chúng triệt tiêu lẫn nhau bên trong bất kỳ hệ thống nào: chúng có thể chuyển động lượng giữa các bộ phận nhưng không bao giờ thay đổi tổng động lượng. Động lượng chỉ đi vào hoặc rời khỏi hệ thống thông qua lực ngoại hợp ($\vec{J}=\Delta\vec{p}$). Do đó, với lực ngoại hợp bằng không, tổng động lượng được bảo toàn:

$$\sum\vec{p}_{\text{before}}=\sum\vec{p}_{\text{after}}.$$

Động lượng được bảo toàn trong mọi va chạm, dù mạnh hay yếu – hãy chọn hệ thống đủ lớn để lực va chạm trở thành lực nội sinh. Áp dụng sự bảo toàn riêng biệt theo từng trục; đề thi AP yêu cầu tính toán định lượng trong một hoặc hai chiều.

Va chạm trực diện: tổng động lượng trước bằng tổng động lượng sau
Va chạm trực diện: tổng động lượng trước bằng tổng động lượng sau

Ví dụ minh họa (phá vỡ). Một viên đạn $6.0\ \text{kg}$ đang đứng yên tách thành một mảnh $2.0\ \text{kg}$ bay với vận tốc $9.0\ \text{m/s}$ về phía đông và một mảnh $4.0\ \text{kg}$. Tổng động lượng vẫn bằng không, nên mảnh nặng di chuyển về phía tây với vận tốc $v=\dfrac{2.0(9.0)}{4.0}=4.5\ \text{m/s}$. Động năng đến từ năng lượng dự trữ (hóa học hoặc lò xo) – sự bảo toàn động lượng không đòi hỏi sự bảo toàn động năng.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Collide two carts and conserve momentum · ⁨ va chạm hai xe và bảo toàn động lượng⁩

In any collision the total momentum $\sum mv$ before equals the total after. Set the masses and speeds and check the momentum bookkeeping. · ⁨Trong mọi va chạm, tổng động lượng $\sum mv$ trước bằng tổng sau. Thiết lập khối lượng và vận tốc rồi kiểm tra việc tính toán động lượng.⁩

4.4

Elastic and Inelastic Collisions · ⁨Va chạm đàn hồi và không đàn hồi⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 4.4.A: Describe whether an interaction between objects is elastic or inelastic.

  • 4.4.A.1 An elastic collision between objects is one in which the initial kinetic energy of the system is equal to the final kinetic energy of the system.
  • 4.4.A.2 In an elastic collision, the final kinetic energies of each of the objects within the system may be different from their initial kinetic energies.
  • 4.4.A.3 An inelastic collision between objects is one in which the total kinetic energy of the system decreases.
  • 4.4.A.4 In an inelastic collision, some of the initial kinetic energy is not restored to kinetic energy but is transformed by nonconservative forces into other forms of energy.
  • 4.4.A.5 In a perfectly inelastic collision, the objects stick together and move with the same velocity after the collision.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 4.4.A: Mô tả liệu tương tác giữa các vật có phải là đàn hồi hay không đàn hồi.

  • 4.4.A.1 Va chạm đàn hồi giữa các vật là va chạm mà tại đó động năng ban đầu của hệ bằng động năng cuối cùng của hệ.
  • 4.4.A.2 Trong va chạm đàn hồi, động năng cuối cùng của mỗi vật trong hệ có thể khác với động năng ban đầu của chúng.
  • 4.4.A.3 Va chạm không đàn hồi giữa các vật là va chạm mà tại đó tổng động năng của hệ giảm đi.
  • 4.4.A.4 Trong va chạm không đàn hồi, một phần động năng ban đầu không được phục hồi thành động năng mà bị các lực không bảo toàn biến đổi thành các dạng năng lượng khác.
  • 4.4.A.5 Trong va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật dính vào nhau và chuyển động với cùng một vận tốc sau va chạm.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English
Conservation of momentum in a collision

All collisions conserve momentum; they differ in what happens to the kinetic energy 动能:

type momentum kinetic energy
elastic collision 弹性碰撞 conserved total conserved (individual shares may change)
inelastic collision 非弹性碰撞 conserved decreases – some becomes heat, sound, deformation 形变
perfectly inelastic collision 完全非弹性碰撞 conserved largest possible loss – the objects stick and share one velocity

Strategy: always write momentum conservation first; add the kinetic-energy equation only when the problem says "elastic". Two useful elastic facts: equal masses in a 1D elastic collision simply exchange velocities, and in the center-of-mass frame each object just reverses its velocity.

Worked example. A $1000\ \text{kg}$ car at $20\ \text{m/s}$ strikes a stationary $1500\ \text{kg}$ car and they lock together – perfectly inelastic. Momentum: $v=\dfrac{1000(20)}{2500}=8.0\ \text{m/s}$. Kinetic energy falls from $2.0\times10^5\ \text{J}$ to $\tfrac12(2500)(8.0)^2=8.0\times10^4\ \text{J}$: about $60\%$ is lost, even though momentum is exactly conserved.

Worked example (2D). A puck moving east at $4.0\ \text{m/s}$ strikes an identical puck at rest; after the glancing hit, one moves at $2.0\ \text{m/s}$ at $60^\circ$ north of east. Conserve each axis: east–west, $m(4.0)=m(2.0)\cos60^\circ+mv_x$, so $v_x=3.0\ \text{m/s}$; north–south, $0=m(2.0)\sin60^\circ-mv_y$, so $v_y=1.7\ \text{m/s}$. The second puck moves at $\sqrt{3.0^2+1.7^2}=3.5\ \text{m/s}$, about $30^\circ$ south of east.

Exam skill. On FRQs, justify with the condition, not the slogan: "the net external force on the two-puck system is zero during the collision, so its total momentum is constant." If asked whether the collision is elastic, compute the kinetic energy before and after and compare – never assume.

Tiếng Việt
Bảo toàn động lượng trong va chạm

Tất cả các va chạm đều bảo toàn động lượng; chúng khác nhau ở những gì xảy ra với động năng:

loại động lượng động năng
va chạm đàn hồi bảo toàn tổng bảo toàn (phần riêng lẻ có thể thay đổi)
va chạm không đàn hồi bảo toàn giảm – một phần trở thành nhiệt, âm thanh, biến dạng
va chạm không đàn hồi hoàn toàn bảo toàn mất mát lớn nhất có thể – các vật dính vào nhau và chia sẻ chung một vận tốc

Chiến lược: luôn luôn viết phương trình bảo toàn động lượng trước; chỉ thêm phương trình động năng khi đề bài nói "đàn hồi". Hai quy tắc hữu ích về va chạm đàn hồi: nếu hai vật có khối lượng bằng nhau trong va chạm đàn hồi 1D, chúng chỉ đơn giản đổi chỗ vận tốc, và trong khung tham chiếu trọng tâm, mỗi vật chỉ đảo ngược vận tốc của mình.

Ví dụ minh họa. Một ô tô $1000\ \text{kg}$ đang di chuyển ở vận tốc $20\ \text{m/s}$ va chạm với ô tô $1500\ \text{kg}$ đang đứng yên và chúng khóa chặt vào nhau – va chạm không đàn hồi hoàn toàn. Động lượng: $v=\dfrac{1000(20)}{2500}=8.0\ \text{m/s}$. Động năng giảm từ $2.0\times10^5\ \text{J}$ xuống $\tfrac12(2500)(8.0)^2=8.0\times10^4\ \text{J}$: khoảng $60\%$ bị mất, mặc dù động lượng được bảo toàn hoàn toàn.

Ví dụ minh họa (2D). Một puck di chuyển về phía đông với vận tốc $4.0\ \text{m/s}$ va chạm nhẹ vào một puck giống hệt đang đứng yên; sau cú va chạm, một cái di chuyển với vận tốc $2.0\ \text{m/s}$ ở góc $60^\circ$ so với phương đông. Bảo toàn từng trục: đông - tây, $m(4.0)=m(2.0)\cos60^\circ+mv_x$, suy ra $v_x=3.0\ \text{m/s}$; bắc - nam, $0=m(2.0)\sin60^\circ-mv_y$, suy ra $v_y=1.7\ \text{m/s}$. Puck thứ hai di chuyển với vận tốc $\sqrt{3.0^2+1.7^2}=3.5\ \text{m/s}$, khoảng $30^\circ$ về phía nam so với phương đông.

Va chạm xiên, phân tích dọc theo hai trục vuông góc
Va chạm xiên, phân tích dọc theo hai trục vuông góc

Kỹ năng làm bài thi. Trong các câu hỏi tự luận (FRQ), hãy giải thích dựa trên điều kiện, không phải khẩu hiệu: "lực ngoài tổng hợp tác dụng lên hệ hai vật là bằng không trong quá trình va chạm, do đó động lượng toàn phần của nó được bảo toàn." Nếu được hỏi liệu va chạm có đàn hồi hay không, hãy tính toán động năng trước và sau va chạm rồi so sánh – tuyệt đối không được giả định.

A Newton's cradle: five steel balls hanging in a row
Một chiếc búa Newton minh họa sự truyền tải động lượng và động năng qua một va chạm gần như đàn hồi
Explore · ⁨Khám phá⁩

Compare elastic and inelastic collisions · ⁨So sánh va chạm đàn hồi và không đàn hồi⁩

Momentum is always conserved, but kinetic energy is only conserved in an elastic collision. In an inelastic one the carts stick and some energy becomes heat. · ⁨Động lượng luôn được bảo toàn, nhưng động năng chỉ được bảo toàn trong va chạm đàn hồi. Trong va chạm không đàn hồi, các xe dính vào nhau và một phần năng lượng chuyển thành nhiệt.⁩

4.4

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English
  • Impulse equals the momentum change: $\vec J=\int \vec F\,dt=\Delta\vec p$, and it is the area under a force–time graph.
  • Momentum is conserved whenever the net external force is zero — always the go-to for collisions.
  • Distinguish elastic (kinetic energy conserved) from inelastic (kinetic energy decreases) collisions; in a perfectly inelastic collision the objects stick and move with one velocity.
  • Apply conservation to each component (x and y) separately in 2-D.
  • Connect to center of mass: total momentum $=M\vec v_{cm}$.
Tiếng Việt
  • Xung lực bằng với độ biến thiên động lượng: $\vec J=\int \vec F\,dt=\Delta\vec p$, và nó chính là diện tích dưới đồ thị lực–thời gian.
  • Động lượng được bảo toàn bất cứ khi nào lực ngoài tổng hợp bằng không – luôn là phương án ưu tiên cho các vấn đề va chạm.
  • Phân biệt va chạm đàn hồi (động năng được bảo toàn) và va chạm không đàn hồi (động năng giảm đi); trong một va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật dính vào nhau và di chuyển cùng một vận tốc.
  • Áp dụng định luật bảo toàn cho từng thành phần (x và y) riêng biệt trong chuyển động 2 chiều.
  • Liên kết với tâm khối lượng: động lượng toàn phần $=M\vec v_{cm}$.

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in AP Physics C: Mechanics · ⁨AP Vật lý C: Cơ học⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong AP Physics C: Mechanics · ⁨AP Vật lý C: Cơ học⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP