Một hệ gồm hai vật có khối lượng m 1 = m 2 = 200 g dính với nhau bởi một lớp keo mỏng. Một lò xo nhẹ có độn cứng k = 100 N/m, chiều dài tự nhiên là l 0 = 50 c m , treo thẳng đứng với đầu trên cố định, đầu dưới gắn vào m 1 . Lấy g = 10 = π 2 m / s 2 . Từ vị trí cân bằng nâng hệ vật thẳng đứng đén khi lò xo có chiều dài 48 cm rồi thả nhẹ. Biết hai vật rời nhau khi lực căng giữa chúng đạt tới 3,5 N. Khi vật m 2 rời vật m 1 thì biên độ dao động của m 1 gần với giá trị nào nhất sau đây?
A. 5 cm
B. 4 cm
C. 6 cm
D. 8 cm
Đáp án C
Tần số góc dao động điều hòa của hệ lò xo và hai vật ω = k 2 m = 100 2.0 , 2 = 5 10
→ Độ giãn của lò xo tại vị trí cân bằng Δ l 0 = g ω 2 = 4 c m
+ Từ vị trí cân bằng, nâng vật đến vị trí lò xo có chiều dài 48 cm rồi thả nhẹ →hai vật sẽ dao động với biên độ A 1 = 6 c m .
+ Phương trình động lực học cho vật m 2 trong quá trình vật chuyển động T – P 2 = m 2 a → tại vị trí vật m2 rời khỏi vật m 1 thì T = 3 , 5 N → m / s 2 (ta chú ý rằng gia tốc cực đại của dao động trên là a m a x = 15 m / s 2 ).
→ Tại vị trí m 2 rời khỏi vật m 1 , ta có x 0 = A 2 = 3 v 0 = 3 2 v m a x = 15 30
+ Sau khi m 2 rời khỏi m 1 , m 1 sẽ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng mới O' ở trên vị trí cân bằng cũ O một đoạn 2 cm → x 1 = 3 + 2 = 5 v 1 = v 0 = 15 30 , tần số dao động mới ω ' = k m = 100 0 , 2 = 10 5 rad/s
→ Biên độ dao động mới A 2 = 5 2 + 15 30 10 5 2 = 6 , 2 cm
