Một con lắc lò xo nhẹ có chiều dài tự nhiên l 0 = 40 c m , treo thẳng đứng có 100 N/m, quả nặng có khối lượng m = 100 g, chọn Ox trùng với trục của lò xo, chiều dương hướng xuống, gốc tọa độ O trùng với vị trí cân bằng của vật. Kích thích cho vật dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ cm, lấy g = 10 m / s 2 . Lúc vật đang ở vị trí có tọa độ x = –1 cm , người ta giữ cố định lò xo tại điểm B cách điểm treo cố định 20 cm. Độ lớn lực đàn hồi cực đại tác dụng lên vật sau khi lò xo bị giữ là
A. 500 N
B. 6 N
C. 5 N
D. 600 N
Hướng dẫn:
+ Tần số góc của dao động ω = k m = 10 π rad/s.
Độ biến dạng của lò xo tại vị trí cân bằng Δ l 0 = m g k = 1 c m
+ Khi vật đang ở vị trí có li độ x = –1 cm → l = l 0 = 40 c m , người ta tiến hành giữ cố định lò xo tại điểm cách điểm cố định 20 cm → lò xo mới tham gia vào dao động có độ cứng k' = 2k = 200 N/m.
+ Năng lượng của con lắc trước khi cố định lò xo: E t = k x 2 = 0 , 01 E d = 1 2 k A 2 − x 2 = 0 , 035 J
→ Năng lượng của hệ sau cố định lò xo đúng bằng tổng động năng và một nửa thế năng của vật trước khi cố định lò xo.
E ' = 0 , 5 k A ' 2 = E d + 0 , 5 E t = 0 , 04 J → A' = 0,02 cm.
→ Lực đàn hồi cực đại F m a x = k ' ( 0 , 5 Δ l 0 + A ' ) = 6 N .
Đáp án B
