Trong thang máy, tại trần người ta treo một con lắc lò xo có độ cứng \(k{\rm{ }} = {\rm{ }}25{\rm{ }}N/m\), vật nặng có khối lượng \(400{\rm{ }}g\). Khi thang máy đứng yên ta cho con lắc dao động điều hòa, chiều dài con lắc thay đổi từ \(32{\rm{ }}cm\) đến \(48{\rm{ }}cm\). Tại thời điểm mà vật ở vị trí thấp nhất thì cho thang máy đi xuống nhanh dần đều với gia tốc \(a = \dfrac{g}{{10}}\) . Lấy \(g = {\pi ^2}m/{s^2} = 10{\rm{ }}m/{s^2}\). Biên độ dao động của vật trong trường hợp này là:
Trả lời bởi giáo viên
- Khi thang máy chưa chuyển động
+ Tần số góc: $\omega = \sqrt {\dfrac{k}{m}} = \sqrt {\dfrac{{25}}{{0,4}}} = 2,5\pi \left( {rad/s} \right)$
+ Biên đô dao động: $A = \dfrac{{{l_{{\text{max}}}} - {l_{\min }}}}{2} = \dfrac{{48 - 32}}{2} = 8cm$
- Khi thang máy chuyển động nhanh dần đều đi xuống thì con lắc chịu thêm tác dụng của lực quán tính $\overrightarrow {{F_q}} $ hướng lên, có độ lớn ${F_q} = ma = \dfrac{{mg}}{{10}}$
=> VTCB mới là: \({\text{O}}{{\text{O}}_1} = \dfrac{{{F_q}}}{k} = \dfrac{{mg}}{{10k}} = 0,016m = 1,6cm\)
=> Khi đó so với VTCB vật đang ở li độ \({x_1} = {\rm{ }}A{\rm{ }} + {\rm{ }}1,6{\rm{ }} = {\rm{ }}9,6{\rm{ }}cm\), vân tốc \({v_1} = {\rm{ }}v{\rm{ }} = {\rm{ }}0\)
=> Biên độ dao động mới là ${A_1} = \sqrt {x_1^2 + \dfrac{{v_1^2}}{{{\omega ^2}}}} = {x_1} = 9,6cm$
Hướng dẫn giải:
+ Sử dụng công thức tính tần số góc: \(\omega = \sqrt {\dfrac{k}{m}} \)
+ Sử dụng công thức tính biên độ theo chiều dài max – min: \(A = \dfrac{{{l_{{\rm{max}}}} - {l_{\min }}}}{2}\)
+ Sử dụng công thức tính lực quán tính: \(F = ma\)
+ Vận dụng hệ thức độc lập A – x – v: \({A^2} = {x^2} + \dfrac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}}\)