Một con lắc lò xo ngang có độ cứng \(k{\rm{ }} = {\rm{ }}50{\rm{ }}N/m\) nặng \(200g\). Bỏ qua ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang. Khi vật đang ở vị trí cân bằng thì tác dụng vào vật một lực không đổi \(2N\) theo dọc trục của lò xo. Tốc độ của vật sau \(\dfrac{2}{{15}}s\) có giá trị là bao nhiêu? Lấy ${\pi ^2} = 10$
Trả lời bởi giáo viên
Vật dao động điều hòa với chu kỳ: $T = 2\pi \sqrt {\dfrac{m}{k}} = 0,4s$
Tần số góc của dao động là: $\omega = \sqrt {\dfrac{k}{m}} = \sqrt {\dfrac{{50}}{{0,2}}} = 5\pi \left( {rad/s} \right)$
Vật đang ở vị trí cân bằng thì tác dụng lực, vậy vị trí cân bằng mới là vị trí lò xo biến dạng một đoạn $∆l$ với: \(F = k\Delta l = 2N \Rightarrow \Delta l = 4cm\)
=> Biên độ dao động mới là \(A{\rm{ }} = {\rm{ }}4cm\)
Giả sử lực tác dụng hướng sang phải, vậy thời điểm ban đầu, vật ở biên bên trái.
PT dao động:\(x{\rm{ }} = {\rm{ }}4cos\left( {5\pi t{\rm{ }} + {\rm{ }}\pi } \right)cm\) , sau \(\dfrac{2}{{15}}s\) vật có \(x{\rm{ }} = {\rm{ }}2cm\)
Áp dụng công thức độc lập: \({A^2} = {x^2} + \dfrac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}}\) ta tìm được tốc độ của vật là \(54,77cm/s\)
Hướng dẫn giải:
+ Áp dụng công thức tính chu kì: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{k}{m}} \)
+ Áp dụng biểu thức tính lực đàn hồi: \(F = k\left| {\Delta l} \right|\)
+ Hệ thức độc lập A – x- v: \({A^2} = {x^2} + \dfrac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}}\)