Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm lò xo nhẹ có độ cứng k gắn với vật nhỏ có khối lượng m đang dao động điều hòa dọc theo trục Ox thẳng đứng mà gốc O ở ngang với vị trí cân bằng của vật. Lực đàn hồi mà lò xo tác dụng lên vật trong quá trình dao động có đồ thị như hình bên. Lấy π 2 = 10 , phương trình dao động của vật là:
A.
B. x = 8 cos 5 πt + π 2 cm
C. x = 2 cos 5 πt + π 3 cm
D. x = 8 cos 5 πt − π 2 cm
Đáp án D
Độ giãn của con lắc ở vị trí cân bằng:
T = 0 , 4 s = 2 π Δ l 0 g ⇒ Δ l 0 = T 2 . g 4 π 2 = 0 , 04 m = 4 cm
Lực đàn hồi của con lắc tại hai vị trí biên:
F dhmax = k Δ l 0 + A = 3 F dhmin = k Δ l 0 − A = − 1 ⇒ Δ l 0 + A Δ l 0 − A = − 3 1 ⇒ A = 2 Δ l 0 = 8 cm
Độ cứng của lò xo: k = F dhmax Δ l 0 + A = 3 0 , 04 + 0 , 08 = 25 N / m
Biểu thức lực đàn hồi:
F dh = k Δ l 0 + x = kΔ l 0 + k . x = 1 + 2 cos 5 πt + φ
Tại thời điểm t=0,1s, lực đàn hồi có giá trị F=3N nên: F dh = 1 + 2 cos 5 π . 0 , 1 + φ = 3
⇒ cos 0 , 5 π + φ = 1 ⇒ 0 , 5 π + φ = 0 ⇒ φ = − 0 , 5 π = − π 2
Phương trình dao động của vật: x = 8 cos 5 πt − π 2 cm
