Câu hỏi

Một con lắc lò xo đang dao động điều hòa với biên độ \(5\,\,cm\) và chu kì \(0,5\,\,s\) trên mặt phẳng nằm ngang. Khi vật nhỏ của con lắc có tốc độ \(v\) thì người ta giữ chặt một điểm trên lò xo, vật tiếp tục dao động điều hòa với biên độ \(2,25\,\,cm\) và chu kì \(0,25\,\,s\). Giá trị của \(v\) gần nhất với giá trị nào sau đây?

  • A 50 cm/s     
  • B 60 cm/s
  • C 70 cm/s     
  • D 40 cm/s

Phương pháp giải:

Chu kì của con lắc lò xo: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{k}} \)

Tốc độ góc của con lắc: \(\omega  = \dfrac{{2\pi }}{T}\)

Giữ lò xo: \(k'x' = kx\)

Tốc độc của vật dao động: \(v = \omega \sqrt {{A^2} - {x^2}}  = \sqrt {\dfrac{k}{m}} .\sqrt {{A^2} - {x^2}} \)

Lời giải chi tiết:

Chu kì của con lắc trước và sau khi giữ lò xo:

\(\left\{ \begin{array}{l}T = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{k}} \\T' = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{{k'}}} \end{array} \right. \Rightarrow {\left( {\dfrac{T}{{T'}}} \right)^2} = \dfrac{{k'}}{k} \Rightarrow \dfrac{{k'}}{k} = {\left( {\dfrac{{0,5}}{{0,25}}} \right)^2} = 4\)

Trước khi giữ lò xo, vật có li độ \(x\), sau khi giữ lò xo, vật có li độ \(x'\):

\(k'x' = kx \Rightarrow x' = \dfrac{k}{{k'}}x = \dfrac{x}{4}\)

Tốc độ của vật trước và sau khi giữ lò xo không đổi:

\(\begin{array}{l}v = \sqrt {\dfrac{k}{m}} .\sqrt {{A^2} - {x^2}}  = \sqrt {\dfrac{{k'}}{m}} .\sqrt {A{'^2} - x{'^2}} \\ \Rightarrow k.\left( {{A^2} - {x^2}} \right) = k'.\left( {A{'^2} - x{'^2}} \right)\\ \Rightarrow k.\left( {{5^2} - {x^2}} \right) = 4k.\left[ {2,{{25}^2} - {{\left( {\dfrac{x}{4}} \right)}^2}} \right] \Rightarrow x = \sqrt {\dfrac{{19}}{3}} \,\,\left( {c{m^2}} \right)\\ \Rightarrow v = \omega \sqrt {{A^2} - {x^2}}  = \dfrac{{2\pi }}{T}.\sqrt {{A^2} - {x^2}}  = \dfrac{{2\pi }}{{0,5}}.\sqrt {{5^2} - {{\left( {\sqrt {\dfrac{{19}}{3}} } \right)}^2}}  \approx 54,29\,\,\left( {cm/s} \right)\end{array}\)

Chọn A.


Luyện Bài Tập Trắc nghiệm Lí lớp 12 - Xem ngay