Chọn mặt phẳng ngang qua C làm gốc thế năng (hình 94)

Cơ năng tại A ứng với góc lệch α = 45 0

Cơ năng tại M ứng với góc lệch α = 30 0  

Định luật bảo toàn cơ năng:  W A = W M

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 )

vận tốc vật ở góc lệch a: \(v_{\left(\alpha\right)}=\pm\sqrt{2gl\left(\cos\alpha_2-\cos\alpha_1\right)}\) ( thuộc càng tốt )

lực căng dây:\(T_c=mg\left(3\cos\alpha_2-2\cos\alpha_1\right)\)

Bây giờ mình sẽ đi chứng minh 2 công thức trên :D 

Chọn mốc tính thế năng tại vị trí thấp nhất của vật

Cơ năng của vật ứng với góc \(\alpha_1=45^0\) là: 

\(W_1=W_{đ1}+W_{t1}=\dfrac{1}{2}mv_1^2+mgz_1=0+mgl\left(1-\cos\alpha_1\right)\)

Cơ năng của vật ứng với góc \(\alpha_2=30^0\) là:

\(W_2=W_{đ2}+W_{t2}=\dfrac{1}{2}mv_2^2+mgz_2=\dfrac{1}{2}mv_2^2+mgl\left(1-\cos\alpha_2\right)\)

Bỏ qua ma sát ( sức cản kk ) cơ năng được bảo toàn: 

\(W_1=W_2\) \(\Leftrightarrow0+mgl\left(1-\cos\alpha_1\right)=\dfrac{1}{2}mv_2^2+mgl\left(1-\cos\alpha_2\right)\)

\(\Leftrightarrow v_2=\pm\sqrt{2gl\left(\cos\alpha_2-\cos\alpha_1\right)}=\pm1,78\left(m/s\right)\) 

Chọn trục tọa độ Oy hướng tâm: 

Phương trình định luật II Niu tơn cho vật: 

\(a=\dfrac{-P\cos\alpha+T_c}{m}\) trong đó: \(a=a_{ht}=\dfrac{v^2}{R}=\dfrac{v^2}{l}\) và v thì đã được chứng minh ở câu trên 

Từ đấy ta có: \(\dfrac{\left(\pm\sqrt{2gl\left(\cos\alpha_2-\cos\alpha_1\right)}\right)^2}{l}=\dfrac{-P\cos\alpha_2+T_c}{m}\)

\(\Rightarrow2mg\left(\cos\alpha_2-\cos\alpha_1\right)=-P\cos\alpha_2+T_c\)

\(\Rightarrow T_c=mg\left(3\cos\alpha_2-2\cos\alpha_1\right)=\) bạn thay số nốt hộ mình là xong :D hơi thấm mệt

1,78m/s

+ Chọn mốc tính thế năng tại vị trí thấp nhất của vật

Cơ năng của vật ở vị trí 1 ứng với góc  α 1 = 45° là

Co năng của vật ở vị trí 2 ứng với góc  α 2 = 30° là

Bỏ qua sức cản không khí, thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn tức là W1=W2