Bạn chưa đăng nhập. Vui lòng đăng nhập để hỏi bài
Hoàng Đức Long

Một con lắc lò xo gồm lò xo độ cứng  k = 25   N / m  ma sát giữa vật  m  và sàn có thể bỏ qua. Vật  M  khối lượng 200 g được nối với vật m bằng một sợi dây nhẹ, dài và không dãn như hình vẽ. Hệ số ma sát trượt giữa  M và sàn là 0,25. Lúc đầu vật được giữ ở vị trí lò xo dãn 10 cm (trong giới hạn đàn hồi), sợi dây căng. Thả nhẹ vật  m để hệ chuyển động. Lấy  g = 10   m / s 2 . Tính từ thời điểm lò xo bị nén mạnh nhất lần đầu tiên, tốc độ cực đại của vật  m là

A. 54,8 cm/s

B. 42,4 cm/s

C. 28,3 cm/s

D. 52,0 cm/s

Vũ Thành Nam
3 tháng 11 2019 lúc 14:09

Đáp án D

Để đơn giản ta có thể chia quá trình chuyển động của vật thành 3 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Hệ hai vật  m và  M  dao động điều hòa chịu tác dụng thêm của lực ma sát

 Trong giai đoạn này vật  dao động quanh vị trí cân bằng tạm  O ' , tại vị trí này lực đàn hồi của lò xo cân bằng với lực đàn hồi, khi đó lò xo giãn một đoạn  O O ' = Δ l 0 = μ M g k = 0 , 25.0 , 2.10 25 = 2   c m

Biên độ dao động của vật là  A 1 = 10 − 2 = 8   c m , tốc độ góc  ω 1 = k M + m = 25 0 , 3 + 0 , 2 = 5 2   r a d / s

 Tốc độ của hai vật khi đến vị trí  O '   :   v = v 1 m a x = ω 1 A 2 = 5 2 .8 = 40 2   c m / s

Giai đoạn 2: Hệ hai vật tiếp tục dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng  O '  cho đến khi dây bị chùng và vật  m  tách ra khỏi vật  M

Tại vi trí vật  m  tách ra khỏi vật  M  dây bị chùng,  T = 0 →  với vật  M  ta có  F m s t = M ω 1 2 x → x = μ g ω 1 2 = 0 , 25.10 5 2 2 = 5   c m

 Tốc độ của vật  m  tại vị trí dây chùng  v 02 = ω 1 A 1 2 − x 2 = 5 2 8 2 − 5 2 = 5 78   c m / s

Giai đoạn 3: Khi tách ra khỏi vật  M ,   m  dao động điều hòa quanh vị trí lò xo không biến dạng  O

Tần số góc trong giai đọan này  ω 2 = k m = 25 0 , 3 = 5 30 3   r a d / s

 Biên độ dao động trong giai đoạn này  A 2 = x 02 2 + v 02 ω 2 2 = 3 2 + 5 78 5 30 3 2 = 9 10 5   c m

Giai đoạn 4: Con lắc do động điều hòa ổn định không với biên độ  A = A 2  và một chịu tác dụng của vật  M

 Tốc độ cực đại  v 2 m a x = ω 2 A 2 = 5 30 3 9 10 5 = 30 3 ≈ 52 , 0   c m / s

Chú ý:

Ta để ý rằng khi vật  m  đi qua khỏi vị trí cân bằng tạm  O '  thì tốc độ có xu hướng giảm, ngay lập tức dây chùng  → vật  m  sẽ tiếp tục dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng  O →  tốc độ lại có xu hướng tăng do đó trong giai đoạn từ  O ' đến  O  dây vẫn được giữ căng


Các câu hỏi tương tự
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết
Hoàng Đức Long
Xem chi tiết