Cho cơ hệ như hình vẽ: lò xo rất nhẹ có độ cứng 100 N/m nối với vật m có khối lượng 1 kg , sợi dây rất nhẹ có chiều dài 2,5 cm và không giãn, một đầu sợi dây nối với lò xo, đầu còn lại nối với giá treo cố định. Vật m được đặt trên giá đỡ D và lò xo không biến dạng, lò xo luôn có phương thẳng đứng, đầu trên của lò xo lúc đầu sát với giá treo. Cho giá đỡ D bắt đầu chuyển động thẳng đứng xuống dưới nhanh dần đều với gia tốc có độ lớn là 5 m/s2. Bỏ qua mọi lực cản, lấy g = 10 m/s2. Biên độ dao động của m sau khi giá đỡ D rời khỏi nó là
Suy nghĩ trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiGiả sử m bắt đầu rời khỏi giá đỡ D khi lò xo dãn 1 đoạn là Δl,
Tại vị trí này ta có \(mg-k\Delta \ell =ma=>\Delta \ell =\frac{m(g-a)}{k}=5(cm)\)
Lúc này vật đã đi được quãng đường S = 2,5+5=7,5(cm)
Mặt khác quãng đường \(S=\frac{a.{{t}^{2}}}{2}=>t=\sqrt{\frac{2S}{a}}=\,\sqrt{\frac{2.7,5}{500}}=\frac{\sqrt{3}}{10}(s)\)
Tại vị trí này vận tốc của vật là: v=a.t = \(50\sqrt{3}\)(cm/s)
Độ biến dạng của lò xo khi vật ở vị trí cân bằng là:
\(\Delta {{\ell }_{0}}=\frac{m.g}{k}=>\Delta {{\ell }_{0}}=10(cm)\)
=> li độ của vật m tại vị trí rời giá đỡ là x = - 5(cm).
Tần số góc dao động : \(\omega =\sqrt{\frac{k}{m}}=\sqrt{\frac{100}{1}}=10rad/s\)
Biên độ dao động của vật m ngay khi rời giá D là:
\(A=\sqrt{{{x}^{2}}+\frac{{{v}^{2}}}{{{\omega }^{2}}}}=\sqrt{{{5}^{2}}+{{(\frac{50\sqrt{3}}{10})}^{2}}}=10\ cm\)