Câu hỏi
Một con lắc lò xo gồm lò xo độ cứng k = 64 N/m, vật nặng m = 160 g được treo thẳng đứng. Ta nâng vật lên theo phương thẳng đứng đến khi lò xo không biến dạng. Lúc t = 0 thả cho vật dao động điều hòa. Lấy gốc tọa độ là vị trí cân bằng, chiều dương hướng lên và \({\pi ^2} = 10\) thì phương trình chuyển động của vật là
- A \(x = 2\cos \left( {2\pi t} \right)\,\,\left( {cm} \right)\)
- B \(x = 2\cos \left( {2\pi t + \pi } \right)\,\,\left( {cm} \right)\)
- C \(x = 2,5\cos \left( {20t + \dfrac{\pi }{2}} \right)\,\,\left( {cm} \right)\)
- D \(x = 2,5\cos \left( {20t} \right)\,\,\left( {cm} \right)\)
Phương pháp giải:
Độ biến dạng của lò xo ở vị trí cân bằng: \(\Delta l = \dfrac{{mg}}{k}\)
Tần số góc của con lắc: \(\omega = \sqrt {\dfrac{k}{m}} \)
Công thức độc lập với thời gian: \({x^2} + \dfrac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = {A^2}\)
Lời giải chi tiết:
Ở vị trí cân bằng, lò xo biến dạng một đoạn:
\(\Delta l = \dfrac{{mg}}{k} = \dfrac{{0,16.10}}{{64}} = 0,025\,\,\left( m \right) = 2,5\,\,\left( {cm} \right)\)
Tần số góc của con lắc là:
\(\omega = \sqrt {\dfrac{k}{m}} = \sqrt {\dfrac{{64}}{{0,16}}} = 20\,\,\left( {rad/s} \right)\)
Ở thời điểm đầu, ta có công thức độc lập với thời gian:
\(\Delta {l^2} + \dfrac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = {A^2} \Rightarrow 2,{5^2} + \dfrac{{{0^2}}}{{{{20}^2}}} = {A^2} \Rightarrow A = 2,5\,\,\left( {cm} \right)\)
Phương trình chuyển động của vật: \(x = A\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\)
Ở thời điểm t = 0, ta có:
\(x = A\cos \left( \varphi \right) = A \Rightarrow \cos \varphi = 1 \Rightarrow \varphi = 0\,\,\left( {rad} \right)\)
Vậy phương trình chuyển động của vật là:
\(x = 2,5\cos \left( {20t} \right)\,\,\left( {cm} \right)\)
Chọn D.