Hai vật A và B có cùng khối lượng 1 kg và có kích thước nhỏ, được nối với nhau bằng một sợi dây mảnh, nhẹ, không dẫn điện dài 20 cm; vật B tích điện q = 10 - 6 C . Vật A được gắn vào một đầu lò xo nhẹ có độ cứng k = 10 N/m; đầu kia của lò xo cố định. Hệ được đặt nằm ngang trên mặt bàn nhẵn trong một điện trường đều có cường độ điện trường E = 2 . 10 5 V / m hướng dọc theo trục lò xo. Ban đầu hệ nằm yên, lò xo bị giãn. Cắt dây nối hai vật; vật B rời xa chuyển động dọc theo chiều điện trường, vật A dao động điều hòa. Sau khoảng thời gian 1,5 s kể từ lúc dây bị cắt thì A và B cách nhau một khoảng gần đúng là:
A. 24,5 cm
B. 22,5 cm
C. 28,5 cm
D. 44,5 cm
Đáp án D
Hướng dẫn:
Ban đầu vật B tích điện do vậy B sẽ chịu tác dụng của lực F làm lò xo bị kéo dãn một đoạn Δ l 0 = q E k = 10 − 6 .2.10 5 10 = 2 cm khi hệ nằm cân bằng tại O.
+ Cắt dây nối vật A sẽ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng O′ là vị trí lò xo không biến dạng → OO′ = 2 cm, vật B sẽ chuyển động nhanh dần đều ra xa dưới tác dụng của lực điện.
+ Tần số góc của hệ dao động lúc sau ω = k m = 10 1 = π rad/s → T = 2 s.
Tại thời điểm cắt dây, vật m 1 có x ′ = Δ l 0 = 2 c m , v′ = 0 → sau khi cắt dây biên độ dao động của vật là A ′ = Δ l 0 = 2 c m .
+ Nhận thấy rằng khoảng thời gian Δt = 0,75T = 1,5 s → sau khoảng thời gian này A quay trở lại vị trí cân bằng theo chiều dương.
→ Khoảng cách giữa hai vật khi đó Δ x = l 0 + 1 2 a Δ t 2 = 20 + 1 2 10 − 6 .2.10 5 1 1 , 5 2 = 44 , 5 cm.