Hai vật A và B kích thước nhỏ, cùng khối lượng m = 1 k g được nối với nhau bởi sợi dây mảnh nhẹ dài l = 10 c m , và được treo vào lò xo có độ cứng k = 100 N / m tại nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m / s 2 (hình vẽ). Lấy π 2 = 10 . Khi hệ vật và lò xo đang ở vị trí cân bằng đủ x = 2 3 c m cao so với mặt đất, người ta đốt sợi dây nối hai vật để vật B sẽ rơi tự do còn vật A sẽ dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Lần đầu tiên vật A lên đến vị trí cao nhất thì khoảng cách giữa hai vật bằng:
A. 20 cm
B. 50 cm
C. 70 cm
D. 80 cm
Đáp án D
Tại vị trí cân bằng của hệ hai vật ta có
m A + m B g = F d h hay F d h = 2 m g
Khi đốt dây, hợp lực tác dụng lên vật A lúc này là:
F = F d h − m g = 2 m g − m g = m g
Lực này gây ra cho vật A gia tốc a = F m = m g m = g
Vì vật đang ở vị trí biên nên a chính là gia tốc cực đại ⇒ a = ω 2 A ⇔ g = k m A ⇒ A = g 100 = 0 , 1 m
Mà vật A đi từ vị trí thấp nhất đến vị trí cao nhất mất nửa chu kì nên Δ t = T 2 = π 10 = 1 10 s
Cũng trong khoảng thời gian Δ t ấy vật B rơi tự do được quãng đường:
s = 1 2 g Δ t 2 = 0 , 5 m
Vậy khoảng cách giữa A và B lúc này là: 2 A + 1 + s = 80 c m
