Môn Lý - Lớp 12
50 bài tập Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số - Phương pháp giản đồ Frenen mức độ vận dụng cao
Câu hỏi
Hai vật dao động điều hòa dọc theo các trục song song với nhau. Phương trình dao động của hai vật lần lượt là \({x_1} = {A_1}.\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)cm\) và \({x_2} = {A_2}.\sin \left( {\omega t + \varphi } \right)cm\) . Biết \(16x_1^2 + 36x_2^2 = {1296_{}}c{m^2}\) và tốc độ cực đại của vật thứ nhất là 12 cm/s. Tốc độ cực đại của vật thứ 2 là
- A 18 cm/s
- B 8 cm/s
- C 6 cm/s
- D 24 cm/s
Phương pháp giải:
Phương trình dao động của hai vật:
\(\left\{ \begin{array}{l}
{x_1} = {A_1}.\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)cm\\
{x_2} = {A_2}.\sin \left( {\omega t + \varphi } \right)cm
\end{array} \right.\)
Ta thấy:
\(\frac{{x_1^2}}{{A_1^2}} + \frac{{x_2^2}}{{A_2^2}} = 1 \Rightarrow \frac{{x_1^2}}{{{\omega ^2}A_1^2}} + \frac{{x_2^2}}{{{\omega ^2}A_2^2}} = \frac{1}{{{\omega ^2}}}\)
Vận tốc cực đại của dao động 1 và 2 lần lượt là
\(\left\{ \begin{array}{l}
{v_{01}} = \omega {A_1}\\
{v_{02}} = \omega {A_2}
\end{array} \right.\)
Kết hợp với phương trình: \(16x_1^2 + 36x_2^2 = {1296_{}}c{m^2}\).
Ta tìm được vận tốc cực đại của dao động thứ 2.
Lời giải chi tiết:
Phương trình dao động của hai vật:
\(\left\{ \begin{array}{l}
{x_1} = {A_1}.\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)cm\\
{x_2} = {A_2}.\sin \left( {\omega t + \varphi } \right)cm
\end{array} \right. \Rightarrow \frac{{x_1^2}}{{A_1^2}} + \frac{{x_2^2}}{{A_2^2}} = 1\,\,\left( 1 \right)\)
Kết hợp với phương trình bài cho:
\(16x_1^2 + 36x_2^2 = 1296c{m^2} \Leftrightarrow \frac{{x_1^2}}{{{9^2}}} + \frac{{x_2^2}}{{{6^2}}} = 1\,\,\,\left( 2 \right)\)
Đồng nhất (1) và (2) ta có: A1 = 9 cm; A2 = 6 cm
Vận tốc cực đại của dao động 1 và 2 lần lượt là:
\(\begin{array}{l}
\left\{ \begin{array}{l}
{v_{01}} = \omega {A_1} = 12(cm/s) \Rightarrow \omega = \frac{{12}}{9} = \frac{4}{3}\\
{v_{02}} = \omega {A_2}
\end{array} \right.\\
\Rightarrow {v_{02}} = \frac{4}{3}.6 = 8\left( {cm/s} \right)
\end{array}\)
Chọn B.