Câu hỏi
Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, vật treo có khối lượng m. Kéo vật xuống dưới vị trí cân bằng \(4\,\,cm\) rồi truyền cho nó vận tốc \(30\,\,cm/s\) thì nó dao động điều hòa theo phương thẳng đứng trùng với trục của lò xo và khi vật đạt độ cao cực đại, lò xo dãn \(5\,\,cm\). Lấy gia tốc trọng trường \(g = 10\,\,m/{s^2}\). Vận tốc cực đại của vật dao động là
- A \(1,05\,\,m/s\)
- B \(0,5\,\,m/s\)
- C \(1,12\,\,m/s\)
- D \(1,12\,\,cm/s\)
Phương pháp giải:
Công thức độc lập với thời gian: \({x^2} + \dfrac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = {A^2}\)
Độ giãn của lò xo ở vị trí cao nhất: \(\Delta {l_{\min }} = \Delta l - A\)
Tần số góc của con lắc: \(\omega = \sqrt {\dfrac{g}{{\Delta l}}} \)
Vận tốc cực đại của vật: \({v_{\max }} = \omega A\)
Lời giải chi tiết:
Tần số góc của con lắc lò xo là: \(\omega = \sqrt {\dfrac{g}{{\Delta l}}} \Rightarrow \Delta l = \dfrac{g}{{{\omega ^2}}} = \dfrac{{10}}{{{\omega ^2}}}\,\,\left( m \right)\)
Độ giãn của lò xo khi vật ở vị trí cao nhất là:
\(\Delta {l_{\min }} = \Delta l - A = 5\,\,\left( {cm} \right) = 0,05\,\,\left( m \right) \Rightarrow A = \Delta l - 0,05 = \dfrac{{10}}{{{\omega ^2}}} - 0,05\,\,\left( m \right)\)
Ta có công thức độc lập với thời gian:
\(\begin{array}{l}{x^2} + \dfrac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = {A^2} \Rightarrow 0,{04^2} + \dfrac{{0,{3^2}}}{{{\omega ^2}}} = {\left( {\dfrac{{10}}{{{\omega ^2}}} - 0,05} \right)^2}\\ \Rightarrow \dfrac{{100}}{{{\omega ^4}}} - \dfrac{{1,09}}{{{\omega ^2}}} + {9.10^{ - 4}} = 0\\ \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}\dfrac{1}{{{\omega ^2}}} = 0,01 \Rightarrow \omega = 10\,\,\left( {rad} \right)\\\dfrac{1}{{{\omega ^2}}} = {9.10^{ - 4}} \Rightarrow \omega = \dfrac{{100}}{3}\,\,\left( {rad} \right)\end{array} \right.\\ \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}A = \dfrac{{10}}{{{\omega ^2}}} - 0,05 = 0,05\,\,\left( m \right) = 5\,\,\,\left( {cm} \right)\\A = \dfrac{{10}}{{{\omega ^2}}} - 0,05 = - 0,041\,\,\left( m \right)\,\,\left( {loai} \right)\end{array} \right.\\ \Rightarrow {v_{\max }} = \omega A = 10.5 = 50\,\,\left( {cm/s} \right) = 0,5\,\,\left( {m/s} \right)\end{array}\)
Chọn B.