Câu hỏi
Cho con lắc lò xo dao động điều hòa tự do trên mặt phẳng ngang với chu kì 0,8 s. Tại thời điểm t lò xo dãn 2 cm. Tại thời điểm t + 0,2 s thì tốc độ của vật gần nhất với giá trị nào sau đây ?
- A \(16\pi \) cm/s.
- B 8 cm/s.
- C 16 cm/s.
- D \(8\pi \) cm/s.
Phương pháp giải:
Biểu thức của x và v:
\(\left\{ \begin{array}{l}
x = A.\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\\
v = x' = A.\omega .\cos \left( {\omega t + \varphi + \frac{\pi }{2}} \right)
\end{array} \right.\)
Lời giải chi tiết:
Biểu thức li độ và vận tốc của con lò xo nằm ngang:
\(\left\{ \begin{array}{l}
x = A.\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\\
v = x' = A.\omega .\cos \left( {\omega t + \varphi + \frac{\pi }{2}} \right)
\end{array} \right.\)
Sau thời gian 0,2s tức là \(\frac{T}{4}\) khi đó phương trình vận tốc là:
\(\begin{array}{l}
v = A\omega .\cos \left[ {\omega \left( {t + \frac{T}{4}} \right) + \varphi + \frac{\pi }{2}} \right] = A\omega .\cos \left( {\omega t + \varphi + \pi } \right)\\
\Rightarrow v = - A\omega .\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)
\end{array}\)
Vậy ta có :
\(\begin{array}{l}
\frac{{{x_t}}}{A} = \frac{{{v_{t + 0,2}}}}{{\omega A}} \Rightarrow {v_{t + 0,2}} = \omega .{x_t} = \frac{{2\pi }}{T}.{x_t}\\
\Rightarrow {v_{t + 0,2}} = \frac{{2\pi }}{{0,8}}.2 = 5\pi \left( {cm/s} \right) = 15,7cm/s
\end{array}\)
Gần nhất với giá trị 16 cm/s
Chọn C.