Để giải bài toán này, ta phân tích theo các bước sau:
**Dữ liệu đề bài:**
- Vận tốc quả cầu 1 trước va chạm: \(v_1 = 3,0\, m/s\)
- Quả cầu 2 đứng yên, nên \(v_2 = 0\, m/s\)
- Khối lượng quả cầu 2 gấp ba lần quả cầu 1: \(m_2 = 3m_1\)
- Sau va chạm, hai quả cầu chuyển động ngược hướng nhau và cùng độ lớn vận tốc. Gọi vận tốc sau va chạm của quả cầu 1 là \(v_1'\), quả cầu 2 là \(v_2'\).
- Vì ngược hướng và cùng độ lớn vận tốc: \(v_1' = v\), \(v_2' = -v\) (với \(v>0\)).
---
### Bước 1: Viết phương trình bảo toàn động lượng
Động lượng ban đầu:
\[
p_{initial} = m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 \cdot 3,0 + 3m_1 \cdot 0 = 3 m_1
\]
Động lượng sau va chạm:
\[
p_{final} = m_1 v_1' + m_2 v_2' = m_1 v + 3 m_1 (-v) = m_1 v - 3 m_1 v = -2 m_1 v
\]
Theo định luật bảo toàn động lượng:
\[
p_{initial} = p_{final} \implies 3 m_1 = -2 m_1 v \implies 3 = -2 v \implies v = -\frac{3}{2} = -1,5 \, m/s
\]
Nhưng \(v\) là vận tốc có độ lớn nên dương, mà ta đã ký hiệu \(v_1' = v\), \(v_2' = -v\). Việc có kết quả \(v = -1,5\) nghĩa là chiều gốc ta chọn chưa đúng hoặc cần xem xét lại.
---
### Bước 2: Dùng bảo toàn động lượng lại với chiều vận tốc chuẩn
Giả sử chiều vận tốc ban đầu của quả cầu 1 là dương (3,0 m/s). Sau va chạm:
- Quả cầu 1 có vận tốc ngược hướng, nên \(v_1' = -v\)
- Quả cầu 2 có vận tốc cùng hướng với chiều ban đầu, nên \(v_2' = v\)
Thay lại:
\[
p_{final} = m_1 (-v) + 3 m_1 (v) = -m_1 v + 3 m_1 v = 2 m_1 v
\]
Bảo toàn động lượng:
\[
3 m_1 = 2 m_1 v \implies 3 = 2 v \implies v = \frac{3}{2} = 1,5\, m/s
\]
---
### Bước 3: Kết luận
- Vận tốc quả cầu 1 sau va chạm: \(v_1' = -1,5\, m/s\) (ngược chiều ban đầu)
- Vận tốc quả cầu 2 sau va chạm: \(v_2' = 1,5\, m/s\) (cùng chiều ban đầu)
---
### Tổng kết đáp án:
\[
\boxed{
\begin{cases}
v_1' = -1,5\, m/s \\
v_2' = 1,5\, m/s
\end{cases}
}
\]
Quả cầu 1 chuyển động ngược chiều với vận tốc 1,5 m/s, quả cầu 2 chuyển động cùng chiều ban đầu với vận tốc 1,5 m/s.