Câu hỏi
Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên \({l_0}\), độ cứng \(k\), vật nhỏ có khối lượng \(m\), dao động điều hòa với chu kỳ \(2\,\,s\). Nếu cắt bớt lò xo đi \(20\,\,cm\) rồi cho con lắc dao động điều hòa thì chu kì của nó là \(\sqrt 3 \,\,s\) . Hỏi cắt bớt lò xo đi \(40\,\,cm\) rồi cho con lắc dao động điều hòa thì chu kỳ của nó bằng bao nhiêu? Biết độ cứng của lò xo tỉ lệ nghịch với chiều dài tự nhiên của nó
- A \(1\,\,s\)
- B \(1,41\,\,s\)
- C \(0,85\,\,s\)
- D \(1,55\,\,s\)
Phương pháp giải:
Tỉ số: \(\dfrac{{{{\rm{l}}_2}}}{{{{\rm{l}}_1}}} = \dfrac{{{k_1}}}{{{k_2}}}\)
Chu kì của con lắc lò xo: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{k}} \)
Lời giải chi tiết:
Cắt bớt lò xo đi 20 cm, ta có tỉ số: \(\dfrac{{{{\rm{l}}_1}}}{{\rm{l}}} = \dfrac{{{\rm{l}} - 0,2}}{{\rm{l}}} = \dfrac{k}{{{k_1}}}\)
Chu kì của con lắc lò xo:
\(\begin{array}{l}\left\{ \begin{array}{l}T = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{k}} \\{T_1} = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{{{k_1}}}} \end{array} \right. \Rightarrow \dfrac{T}{{{T_1}}} = \sqrt {\dfrac{{{k_1}}}{k}} = \sqrt {\dfrac{{\rm{l}}}{{{\rm{l}} - 0,2}}} \Rightarrow {\left( {\dfrac{T}{{{T_1}}}} \right)^2} = \dfrac{{\rm{l}}}{{{\rm{l}} - 0,2}}\\ \Rightarrow {\left( {\dfrac{2}{{\sqrt 3 }}} \right)^2} = \dfrac{{\rm{l}}}{{{\rm{l}} - 0,2}} \Rightarrow {\rm{l}} = 0,8\,\,\left( m \right)\end{array}\)
Nếu cắt bớt lò xo đi 40 cm, ta có tỉ số: \(\dfrac{{{{\rm{l}}_2}}}{{\rm{l}}} = \dfrac{{0,8 - 0,4}}{{0,8}} = \dfrac{k}{{{k_2}}} \Rightarrow \dfrac{k}{{{k_2}}} = \dfrac{1}{2}\)
Chu kì của con lắc lúc này là:
\({T_2} = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{{{k_2}}}} = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{{2k}}} = \dfrac{1}{{\sqrt 2 }}.2\pi \sqrt {\dfrac{m}{k}} = \dfrac{T}{{\sqrt 2 }} = \dfrac{2}{{\sqrt 2 }} = \sqrt 2 \approx 1,41\,\,\left( s \right)\)
Chọn B.