Một hộp đựng đầy cát khối lượng 2,5 kg được treo bằng sợi dây dài có đầu trên

Giải SBT Vật lí 10 Bài tập cuối chương 4

Bài IV.10 trang 65 SBT Vật Lí 10: 

Lời giải:

Hệ vật gồm "Đầu đạn - Hộp cát - Trái Đất" là một hệ cô lập, vì không có các ngoại lực (lực cản, lực ma sát) tác dụng. Do đó, động lượng và cơ năng của hệ vật bảo toàn. Chọn mặt đất làm gốc tính thế năng trọng trường và chiều chuyển động của các vật là chiều dương.

- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho quá trình va chạm mềm khi đầu đạn bay tới xuyên vào hộp cát theo phương ngang, ta có:

(m + M)V = mv$\Rightarrow V=\frac{mv}{m+M}$

trong đó v là vận tốc của đầu đạn có khối lượng m, còn V là vận tốc của hộp cát chứa đầu đạn có tổng khối lượng M + m.

- Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho quá trình khi hộp cát chứa đầu đạn có vận tốc V chuyển động trong trọng trường và trọng tâm của nó được nâng cao thêm một đoạn h so với vị trí cân bằng, ta có:

$\left(m+M\right)gh=\frac{(m+M)V^2}{2}\Rightarrow V=\sqrt{2gh}$

Từ hai phương trình trên, ta suy ra vận tốc của đầu đạn:

$v=\frac{m+M}{m}\sqrt{2gh}=\frac{{20.10}^{-3}+2,5}{{20.10}^{-3}}.\sqrt{2.9,8.0,2}=249,5(m/s)$