a) Lực tác dụng lên vật là P, và T

Áp dụng định luật II Niu tơn ta có: \(m.\vec{a}=\vec{P}+\vec{T}\) (*)

Gia tốc hướng tâm: \(a_{ht}=\dfrac{v^2}{R}=\dfrac{3^2}{1}=9(m/s^2)\)

* Ở vị trí thấp nhất, chiếu (*) lên phương hướng tâm ta có: 

\(m.a_{ht}=-P+T\Rightarrow T = m.a_{ht}+mg=0,5.9+0,5.10=9,5(N)\)

* Ở vị trí vuông góc với phương thẳng đứng, chiếu (*) lên phương hướng tâm ta có: 

\(m.a_{ht}=T\Rightarrow T = 0,5.9=4,5(N)\)

b) Ở vị trí thấp nhất, dây bị đứt, vật trở thành một vật ném ngang với vận tốc ban đầu là 3m/s

Chọn mốc thế năng tại mặt đất.

Cơ năng ban đầu của vật: \(W=mgh+\dfrac{1}{2}mv^2=0,5.10.3+\dfrac{1}{2}.0,5.3^2=17,25(J)\)

Cơ năng khi chạm đất: \(W'=\dfrac{1}{2}.m.v^2=\dfrac{1}{2}.0,5.v^2=17,25\Rightarrow v=\sqrt{69}(m/s)\)

Chọn gốc thế năng tại \(A\left(Z_A=0\right)\)

Ta có:\(W_A=W_B\)

\(\Leftrightarrow\frac{1}{2}mv_A^2=\frac{1}{2}mv_B^2+mgZ_B\)

\(\Leftrightarrow v_A^2=v_B^2+2gZ_B\)

\(\Rightarrow v_A^2=33,31\)

Áp dụng định luật II niuton tại điểm A chiếu lên phương dây treo ta có 

\(T=P+m\frac{v_A^2}{l}\)

Thay số vào được T = 7,643 N

\(->chọn.D\)

Chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng

a. Ta có cơ năng

W = m g z = m g l ( 1 − cos 60 0 ) = 0 , 5.10.1 ( 1 − 0 , 5 ) = 2 , 5 ( J )

b. Theo định luật bảo toàn cơ năng

W A = W B ⇒ m g z A = 1 2 m v B 2 + m g z B ⇒ v B = 2 g ( z A − z B ) ( 1 ) M à   z A = H M = l − O M = l − l cos α 0 z B = l − l cos α  

Thay vào ( 1 ) ta có 

v B = 2 g l ( cos α − cos α 0 ) +   K h i   α = 30 0   ⇒ v B = 2 g l ( cos 30 0 − cos 60 0 ) ⇒ v B = 2.10.1 ( 3 2 − 1 2 ) ≈ 2 , 71 ( m / s )

+   K h i   α = 45 0   ⇒ v B = 2 g l ( cos 45 0 − cos 60 0 ) ⇒ v B = 2.10.1 ( 2 2 − 1 2 ) ≈ 2 , 035 ( m / s )

Xét tai B theo định luật II Newton ta có:  P → + T → = m a →

Chiếu theo phương của dây

T − P y = m a h t ⇒ T − P cos α = m v 2 l ⇒ T − m g cos α = 2 m g ( cos α − cos α 0 ) ⇒ T = m g ( 3 cos α − 2 cos α 0 )

Khi  α = 30 0 ⇒ T = m g ( 3 cos 30 0 − 2 cos 60 0 )

⇒ T = 0 , 5.10 ( 3. 3 2 − 2. 1 2 ) = 7 , 99 ( N )

Khi  α = 45 0   ⇒ T = m g ( 3 cos 45 0 − 2 cos 60 0 )

⇒ T = 0 , 5.10 ( 3. 2 2 − 2. 1 2 ) = 5 , 61   N

Lưu ý: Khi làm trắc nghiệm thì các em áp dụng luôn hai công thức

+ Vận tốc của vật tại vị trí bất kỳ:  v B = 2 g l ( cos α − cos α 0 )

+ Lực căng của sợi dây:  T = m g ( 3 cos α − 2 cos α 0 )

c. Gọi C là vị trí để vật có  v= 1,8m/s

Áp dụng công thức  v C = 2 g l ( cos α − cos α 0 )

1 , 8 = 2.10.1 ( cos α − cos 60 0 ) ⇒ cos α = 0 , 662 ⇒ α = 48 , 55 0

Vật có đọ cao

  z C = l − l cos α = 1 − 1.0 , 662 = 0 , 338 ( m )

d. Gọi D là vị trí vật có độ cao 0,18m

Áp dụng công thức 

z D = l − l cos α ⇒ 0 , 18 = 1 − 1. cos α ⇒ cos α = 0 , 82

Áp dụng công thức 

v D = 2 g l ( cos α − cos α 0 ) = 2.10.1. ( 0 , 82 − 0 , 5 ) = 2 , 53 ( m / s )

e. Gọi E là vị trí mà 2 w t = w đ  Theo định luật bảo toàn cơ năng  W A = W E

   W A = W d E + W t E = 3 2 W d E ⇒ 2 , 5 = 3 2 . 1 2 . m v E 2 ⇒ v E = 2 , 5.4 3. m = 10 3.0 , 5 = 2 , 581 ( m / s )  

f.  Gọi F là vị trí để 2  w t = 3 w đ

Theo định luật bảo toàn cơ năng   W A = W F

W A = W d F + W t F = 5 3 W t F ⇒ 2 , 5 = 5 3 . m g z F ⇒ z F = 2 , 5.3 5. m . g = 0 , 3 ( m ) M à   z F = l − l cos α F ⇒ 0 , 3 = 1 − 1. cos α F ⇒ cos α F = 0 , 7 ⇒ α F = 45 , 573 0

Mặt khác  v F = 2 g l ( cos α F − cos 60 0 ) = 2.10.1 ( 0 , 7 − 0 , 5 ) = 2 ( m / s )

Xét tại F theo định luật II Newton   P → + T → = m a →

Chiếu theo phương của dây 

− P cos α F + T F = m v F 2 l ⇒ − 0 , 5.10.0 , 7 + T F = 0 , 5. 2 2 1 ⇒ T = 5 , 5 ( N )

Đáp án D

Chọn D

Biểu thức của lực căng dây: T = mg (3cosα – 2cosα_o).

Với T = P = mg => 

+ Gia tốc của vật:   

với a_n là gia tốc hướng tâm và a_t là gia tốc tiếp tuyến.

a. Chọn mốc thế năng tại vị trí cân bằng 

W H = W A ⇒ 1 2 m v H 2 = m g z A ⇒ z A = v H 2 2 g = ( 2 2 ) 2 2.10 = 0 , 4 ( m )

Mà  z A = l − l cos α 0 ⇒ 0 , 4 = 0 , 8 − 0 , 8. cos α 0 ⇒ cos α 0 = 1 2 ⇒ α 0 = 60 0

Vậy vật có độ cao z= 0,4 m so với vị trí cân bằng và dây hợp với phương thẳng đứng một góc 60 0

 b. Theo điều kiện cân bằng năng lượng  

W A = W B m g z A = m g z B + 1 2 m v B 2 ⇒ 10.0 , 4 = 10.0 , 8 ( 1 − c o s 30 0 ) = 1 2 v B 2 ⇒ v B = 2 , 42 ( m / s )

Xét tại B theo định luật II Newton 

P → + T → = m a →

Chiếu theo phương của dây 

− P cos α + T = m v B 2 l ⇒ − 0 , 2.10. cos 30 0 + T = 0 , 2. 2 , 42 2 0 , 8 ⇒ T = 3 , 2 ( N )

c. Gọi C là vị trí để vật có vận tốc  2 ( m / s )   .

Theo định luật bảo toàn cơ năng 

W A = W C ⇒ m g z A = 1 2 m v C 2 + m g z B ⇒ g z A = 1 2 v C 2 + g z C ⇒ 10.0 , 4 = 1 2 . ( 2 ) 2 + 10. z C ⇒ z C = 0 , 3 ( m )

Mà  z C = l − l cos α C ⇒ cos α C = 5 8 ⇒ α C = 51 , 32 0

Xét tại C theo định luật II Newton  P → + T → = m a →

Chiếu theo phương của dây 

− P cos α C + T C = m v C 2 l ⇒ − 0 , 2.10. 5 8 + T C = 0 , 2. ( 2 ) 2 0 , 8 ⇒ T = 1 , 75 ( N )

d. Gọi D là vị trí để W d = 3 W t . Theo định luật bảo toàn cơ năng 

W A = W D ⇒ m g z A = W dD + W t D ⇒ m g z A = 4 3 W dD ⇒ g z A = 4 3 . 1 2 v D 2 ⇒ 10.0 , 4 = 4 6 . v D 2 ⇒ v D = 6 ( m / s )

Mà  v D = 2 g l ( cos α D − cos 60 0 ) ⇒ 6 = 2.10.0 , 8 ( cos α D − 0 , 5 ) ⇒ cos α D = 7 8

Xét tại D theo định luật II Newton   P → + T → = m a →

Chiếu theo phương của dây 

− P cos α D + T D = m v D 2 l ⇒ − 0 , 2.10. 7 8 + T D = 0 , 2. ( 6 ) 2 0 , 8 ⇒ T = 3 , 25 ( N )