Câu hỏi
Một vật dao động điều hòa dọc theo một đường thẳng. Một điểm M nằm cố định trên đường thẳng đó, phía ngoài khoảng chuyển động của vật. Tại thời điểm t thì vật xa M nhất, sau đó một khoảng thời gian ngắn nhất là Δt vật gần M nhất. Độ lớn vận tốc của vật bằng nửa tốc độ cực đại vào thời điểm gần nhất là
- A \(t + \dfrac{{\Delta t}}{4}\)
- B \(t + \dfrac{{2\Delta t}}{3}\)
- C \(t + \dfrac{{\Delta t}}{3}\)
- D \(t + \dfrac{{\Delta t}}{6}\)
Phương pháp giải:
Công thức độc lập với thời gian: \({\left( {\dfrac{x}{A}} \right)^2} + {\left( {\dfrac{v}{{{v_{\max }}}}} \right)^2} = 1\)
Sử dụng vòng tròn lượng giác và công thức: \(\Delta t = \dfrac{{\Delta \varphi }}{\omega }\)
Lời giải chi tiết:
Khi độ lớn vận tốc của vật bằng nửa tốc độ cực đại, ta có công thức độc lập với thời gian:
\({\left( {\dfrac{x}{A}} \right)^2} + {\left( {\dfrac{v}{{{v_{\max }}}}} \right)^2} = 1 \Rightarrow {\left( {\dfrac{x}{A}} \right)^2} + {\left( {\dfrac{1}{2}} \right)^2} = 1 \Rightarrow x = \pm \dfrac{{A\sqrt 3 }}{2}\)
Ta có vòng tròn lượng giác:
Từ vòng tròn lượng giác, ta thấy trong khoảng thời gian Δt, vật chuyển động từ vị trí xa M nhất đến vị trí gần M nhất, khi đó vecto quay được góc: \(\Delta \varphi = \pi \,\,\left( {rad} \right) \Rightarrow \Delta t = \dfrac{{\Delta \varphi }}{\omega } = \dfrac{\pi }{\omega }\)
Thời điểm gần nhất vật có tốc độ bằng nửa tốc độ cực đại, vecto quay được góc: \(\Delta \varphi ' = \dfrac{\pi }{6}\,\,\left( {rad} \right)\)
Thời điểm khi đó là: \(t' = t + \Delta t' = t + \dfrac{{\Delta \varphi '}}{\omega } = t + \dfrac{{\dfrac{\pi }{6}}}{\omega } = t + \dfrac{{\Delta t}}{6}\)
Chọn D.