Câu hỏi
Một con lắc lò xo treo thẳng đứng. Kích thích cho con lắc dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Chu kì và biên độ dao động của con lắc lần lượt là 0,4s và 8cm. Chọn trục x’x thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, gốc thời gian \(t = 0\) khi vật qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Lấy \(g = 10m/{s^2}\) và \({\pi ^2} = 10\). Thời gian ngắn nhất kể từ khi \(t = 0\) đến khi lực đàn hồi của lò xo có độ lớn cực tiểu là
- A \(\dfrac{7}{{30}}s.\)
- B \(\dfrac{4}{{15}}s.\)
- C \(\dfrac{1}{3}s.\)
- D
\(\dfrac{3}{{10}}s.\)
Phương pháp giải:
Chu kì của con lắc lò xo treo thẳng đứng: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{{\Delta {\rm{l}}}}{g}} \)
Độ lớn lực đàn hồi: \({F_{dh}} = k\Delta {\rm{l}}\)
Sử dụng vòng tròn lượng giác và công thức: \(\Delta t = \dfrac{{\Delta \varphi }}{\omega }\)
Lời giải chi tiết:
Chu kì của con lắc lò xo treo thẳng đứng là:
\(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{{\Delta {\rm{l}}}}{g}} \Rightarrow 0,4 = 2\pi \sqrt {\dfrac{{\Delta {\rm{l}}}}{{{\pi ^2}}}} \Rightarrow \Delta {\rm{l}} = 0,{2^2} = 0,04\,\,\left( m \right) = 4\,\,\left( {cm} \right) = \dfrac{A}{2}\)
Nhận xét: \(\Delta {\rm{l}} < A \Rightarrow {F_{dh\min }} = 0\) khi vật đi qua vị trí lò xo không biến dạng
Ta có vòng tròn lượng giác:
Từ vòng tròn lượng giác, ta thấy từ thời điểm ban đầu đến thời điểm vật đi qua vị trí lực đàn hồi có độ lớn cực tiểu lần đầu tiên, vecto quay được góc:
\(\Delta \varphi = \pi + \dfrac{\pi }{6} = \dfrac{{7\pi }}{6}\,\,\left( {rad} \right)\)
Thời gian cần tìm là: \(\Delta t = \dfrac{{\Delta \varphi }}{\omega } = \dfrac{{\dfrac{{7\pi }}{6}}}{{\dfrac{{2\pi }}{T}}} = \dfrac{{7T}}{{12}} = \dfrac{{7.0,4}}{{12}} = \dfrac{7}{{30}}\,\,\left( s \right)\)
Chọn A.