Câu hỏi:
2 năm trước

Một con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang với chu kì \(T = 4\pi \left( s \right)\), quả cầu nhỏ có khối lượng \(M\). Khi lò xo có độ dài cực đại và vật M có gia tốc là \( - 2{\rm{ }}\left( {cm/{s^2}} \right)\) thì một vật có khối lượng \(m\) \(\left( {M = 2m} \right)\) chuyển động dọc theo trục của lò xo đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với vật \(M\), có xu hướng làm lò xo nén lại. Biết tốc độ chuyển động của vật m ngay trước lúc va chạm là \(6\sqrt 3 cm/s\). Quãng đường mà vật \(M\) đi được từ lúc va chạm đến khi vật \(M\) đổi chiều chuyển động là:

Trả lời bởi giáo viên

Đáp án đúng: b

Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}\omega  = \frac{{2\pi }}{T} = \frac{{2\pi }}{{4\pi }} = 0,5(ra{\rm{d}}/s)\\{A_0} = \frac{{\left| {{a_{{\rm{max}}}}} \right|}}{{{\omega ^2}}} = \frac{2}{{0,{5^2}}} = 8cm\\V = \frac{{2m{v_0}}}{{m + M}} = \frac{{2.m.6\sqrt 3 }}{{m + 2m}} = 4\sqrt 3 (cm/s)\end{array} \right.\)

Ta suy ra: \( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_0} =  - {A_0}\\A = \sqrt {x_0^2 + \frac{{{V^2}}}{{{\omega ^2}}}}  = \sqrt {{8^2} + \frac{{{{(4\sqrt 3 )}^2}}}{{0,{5^2}}}}  = 16cm\end{array} \right.\)

Suy ra quãng đường mà vật \(M\) đi được từ lúc va chạm đến khi vật \(M\) đổi chiều chuyển động là \(S = A + {A_0} = 16 + 8 = 24(cm)\)

Hướng dẫn giải:

+ Sử dụng biểu thức tần số góc: \(\omega  = \frac{{2\pi }}{T}\)

+ Vận dụng các công thức trong va chạm đàn hồi của con lắc lò xo nằm ngang.

Va chạm đàn hồi:  \(\left\{ \begin{array}{l}m{v_0} = mv + MV\\\frac{1}{2}mv_0^2 = \frac{1}{2}m{v^2} + \frac{1}{2}M{V^2}\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}V = \frac{2}{{1 + \frac{M}{m}}}{v_0}\\v = \frac{{1 - \frac{M}{m}}}{{1 + \frac{M}{m}}}{v_0}\end{array} \right.\) 

V: vận tốc của M ở vị trí cân bằng

Nếu sau va chạm M dao động điều hòa: \(\omega  = \sqrt {\frac{k}{M}} \)

+ Sử dụng mối liên hệ giữa gia tốc và li độ: \(a =  - {\omega ^2}x\)

+ Sử dụng hệ thức độc lập: \({A^2} = {x^2} + \frac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}}\)

Câu hỏi khác