Một con lắc lò xo có m = 100 g và k = 12,5 N/m. Vào thời điểm ban đầu (ứng với t = 0), lò xo không biến dạng, thả nhẹ để hệ vật và lò xo rơi tự do sao cho trục lò xo luôn có phương thẳng đứng và vật nặng ở phía dưới lò xo. Đến thời điểm t 1 = 0 , 11 s , điểm chính giữa của lò xo được giữ cố định, sau đó vật dao động điều hòa. Lấy g = 10 m / s 2 ; π 2 = 10 . Biết độ cứng của lò xo tỉ lệ nghịch với chiều dài tự nhiên của nó. Tốc độ của vật tại thời điểm t 2 = 0 , 21 s là
A. 40π cm/s
B. 20π cm/s
C. 20 3 cm/s
D. 20 π 3 cm/s
Đáp án B
Hướng dẫn:
+ Tốc độ của vật sau khoảng thời gian t = 0,11 s rơi tự do là v 0 = g t = 10.0 , 11 = 1 , 1 m / s
+ Sau khi điểm chính giữa của lò xo được giữ cố định thì phần lò xo tham gia vào dao động có độ cứng k = 2 k 0 = 25 cm.
→ Tần số góc của dao động ω = k m = 25 0 , 1 = 5 π rad/s → T = 0,4 s.
+ Độ biến dạng của lò xo khi vật đi qua vị trí cân bằng Δ l 0 = m g k = 0 , 1.10 25 = 4 c m
+ Biên độ dao động của con lắc A = Δ l 0 2 + v 0 ω 2 2 = 4 2 + 110 5 π 2 = 8 cm.
+ Tại t 1 = 0 , 11 s vật đang ở vị trí có li độ x = − Δ l 0 = − A 2 = − 4 c m sau khoảng thời gian Δ t = t 2 – t 1 = 0 , 25 T = 0 , 1 s vật đến vị trí có li độ x = 3 2 A , tốc độ của vật khi đó v = 1 2 v m a x = 1 2 ω A = 1 2 .5 π .8 = 20 π cm/s