Quả cầu thép có khối lượng 4kg, đường kính d = 0,1m được gắn vào một dây thép dài 2,8m. Đường kính dây là 0,9mm và suất Y-âng E = 1,86.1011. Quả cầu chuyển động đu đưa. Vận tốc của quả cầu lúc qua vị trí thấp nhất là 5m/s. Hãy tính khoảng trống tối thiểu từ quả cầu đến sàn biết khoảng cách từ điểm treo dây cách sàn 3m.
A. 9,82cm
B. 2,98cm
C. 7,68cm
D. 1,9cm
+ Vì quả cầu chuyển động đu đưa theo cung tròn nên, ta có: F - P = m α h t
↔ k . x - m g = m v 2 R ↔ E . S l 0 x - m g = m v 2 l 0 + x + D 2 ↔ E πd 2 4 l 0 x - m g ≈ m v 2 l 0 + D 2 → x = 4 l 0 m E πd 2 v 2 l 0 + D 2 + g = 4 . 2 , 8 . 4 1 , 86 . 10 11 . π . 0 , 9 . 10 - 3 2 5 2 2 , 8 + 0 , 1 2 + 10 ≈ 1 , 8 . 10 - 3 m
Khoảng trống tối thiểu từ quả cầu đến sàn là: l m i n = 3 - 2 , 8 + 0 , 1 + 0 , 0018 = 0 , 0982 m = 9 , 82 c m
Đáp án: A
Cần đẩy AB chuyển động nhanh dần đều sau 4 giây trượt từ vị trí cao nhất xuống một đoạn h= 4cm làm cho bán cầu có bán kính R=10cm trượt trên nền ngang. Tìm vận tốc và gia tốc của bán cầu?
Một lò xo có độ cứng k = 16 N / m có một đầu được giừ cố định còn đầu kia gắn vào quả cầu khối lượng M = 240 g đang đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang. Một viên bi có khối lượng m = 10 g bay với vận tốc v 0 = 10 m / s theo phương ngang đến gắn vào quả cầu và sau đó quả cầu cùng viên bi dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang. Bỏ qua ma sát và sức cản không khí. Biên độ dao động của hệ là
A. 5 cm.
B. 10 cm
C. 12,5 cm
D. 2,5 cm.
Một lò xo có độ cứng 200 N/m được treo thẳng đứng : đầu trên gắn cố định với giá đỡ, đầu dưới gắn với quả cầu khối lượng 80 g. Kéo quả cầu rời khỏi vị trí cân bằng của nó một đoạn 5,0 cm xuống phía dưới, sau đó thả nhẹ để nó chuyển động. Xác định vận tốc của quả cầu khi nó về tới vị trí cân bằng.
Hệ vật ta xét gồm "Quả cầu - Lò xo - Trái Đất" là hệ cô lập.
Cơ năng W của hệ vật này có giá trị bằng tổng của động năng ( W đ ), thế năng trọng trường ( W t ) và thế năng đàn hồi ( W đ h ) :
W = W đ + W t + W đ h
Chọn gốc toạ độ là vị trí cân bằng của hệ vật (quả cầu đứng yên) và chiều dương là chiều lò xo bị kéo dãn. Do đó ta có :
- Tại vị trí ban đầu : hệ vật có W đ = 0 ( v 0 = 0) lò xo bị dãn một đoạn Δ so với vị trí cân bằng, nên W t ≠ 0, W đ h ≠ 0 và cơ năng của hệ vật bằng :
W 0 = 0 + mg ∆ l + k ∆ l + ∆ l 0 2 /2
- Khi về tới vị trí cân bằng : quả cầu có W đ ≠ 0 (v ≠ 0) và W t = 0 (trùng với gốc tính thế năng đàn hồi), đồng thời lò xo bị dãn một đoạn Δ0, nên cơ năng của hệ vật bằng :
W = m v 2 /2 + 0 + k ∆ l 0 2 /2
Chú ý : Hệ vật này được treo thẳng đứng nên tại vị trí cân bằng của nó, lò xo đã bị dãn một đoạn ∆ 0 thoả mãn điều kiện :
mg + k ∆ 0 = 0 ⇒ mg = -k ∆ 0
với P = mg là trọng lực và F đ h = k ∆ là lực đàn hồi tác dụng lên hệ vật
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho hệ vật, ta có :
W = W 0 ⇒ mg ∆ l + k ∆ l + ∆ l 0 2 /2 = m v 2 /2 + k ∆ l 0 2 /2
⇒ mg ∆ l + k ∆ l 2 /2 + k ∆ l ∆ l 0 /2 + k ∆ l 0 2 /2 = m v 2 /2 + k ∆ l 0 2 /2
Vì mg = -k ∆ 0 , nên sau khi rút gọn hai vế của phương trình, ta được
k ∆ l 2 /2 = m v 2 /2
Từ đó suy ra vận tốc của quả cầu khi nó về tới vị trí cân bằng:
Trên mặt phẳng ngang có một bán cầu khối lượng m. Từ điểm cao nhất của bán cầu có một vật nhỏ khối lượng m trượt không vận tốc đầu xuống. Ma sát giữa vật nhỏ và bán cầu có thể bỏ qua, bán cầu được giữ đứng yên, gọi α là góc giữa phương thẳng đứng và bán kính véc tơ nối tâm bán cầu với vật (hình bên). Khi vật bắt đầu rơi bán cầu thì giá trị góc α là
A. α ≈ 38 °
B. α ≈ 28 °
C. α ≈ 48 °
D. α ≈ 58 °
Khi vật trượt trên mặt cầu vật chịu tác dụng của trọng lực P và phản lực Q của mặt cầu có tổng hợp tạo ra gia tốc với hai thành phần tiếp tuyến và hướng tâm. Quá trình chuyển động tuân theo sự bảo toàn cơ năng:
Một lò xo có độ cứng k = 16 N/m có một đầu được giữ cố định còn đầu kia gắn vào quả cầu khối lượng M = 240g đang đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang. Một viên bi có khối lượng m = 10g bay với vận tốc v 0 = 10 m/s theo phương ngang đến gắn vào quả cầu và sau đó quả cầu cùng viên bi dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang. Bỏ qua ma sát và sức cản không khí. Biên độ dao động của hệ là
A. 5cm
B. 10cm
C. 12,5 cm
D. 2,5 cm
Đáp án A
Vận tốc của hệ hai vật sau khi va chạm
= 0,4 m/s
Quá trình va chạm không làm thay đổi vị trí cân bằng của hệ
→ v = v m a x
→ Biên độ dao động mới
= 5cm
Một lò xo có độ cứng k=16 N/m có một đầu được giữ cố định còn đầu kia gắn vào quả cầu khối lượng M = 240g đang đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang. Một viên bi có khối lượng m = 10g bay với vận tốc v0 = 10 m/s theo phương ngang đến gắn vào quả cầu và sau đó quả cầu cùng viên bi dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang. Bỏ qua ma sát và sức cản không khí. Biên độ dao động của hệ là
A. 5cm.
B. 10cm.
C. 12,5 cm.
D. 2,5 cm.
Một con lắc lò xo được treo thẳng đứng gồm: lò xo nhẹ có độ cứng k = 60 N/m, một quả cầu nhỏ khối lượng m = 150 g và mang điện tích q = 6 . 10 - 5 C. Coi quả cầu nhỏ là hệ cô lập về điện. Lấy g = 10 m / s 2 . Đưa quả cầu nhỏ theo phương dọc trục lò xo đến vị trí lò xo không biến dạng rồi truyền cho nó một vận tốc ban đầu có độ lớn v 0 = 3 2 m/s theo phương thẳng đứng hướng xuống, con lắc dao động điều hòa. Chọn gốc thời gian là lúc quả cầu nhỏ được truyền vận tốc. Mốc thế năng tại vị trí cân bằng. Sau khoảng thời gian ngắn nhất kể từ thời điểm ban đầu quả cầu nhỏ đi qua vị trí có động năng bằng ba lần thế năng, một điện trường đều được thiết lập có hướng thẳng đứng xuống dưới và có độ lớn E = 2 . 10 4 V/m. Sau đó, quả cầu nhỏ dao động điều hòa với biên độ bằng bao nhiêu?
A. 19 c m
B. 20 c m
C. 21 c m
D. 18 c m
Vì gốc thời gian là lúc quả cầu nhỏ được truyền vận tốc và ban đầu vật được đưa về vị trí lò xo không biến dạng nên ta có tại thời điểm ban đầu x0= -0,025 m và vật đang chuyển động theo chiều dương. Suy ra thời điểm gần nhất vật đi qua vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng là lúc x1= 0,025 m; v1=√3/2 m/s.
Vì điện trường đều hướng xuống nên ta có vị trí cân bằng mới của vật bị dịch xuống 1 khoảng:
Một con lắc lò xo được treo thẳng đứng gồm: lò xo nhẹ có độ cứng k = 60 N/m, một quả cầu nhỏ khối lượng m = 150 g và mang điện tích q = 6 . 10 - 5 C . Coi quả cầu nhỏ là hệ cô lập về điện. Lấy g = 10 m / s 2 . Đưa quả cầu nhỏ theo phương dọc trục lò xo đến vị trí lò xo không biến dạng rồi truyền cho nó một vận tốc ban đầu có độ lớn v 0 = 3 2 m/s theo phương thẳng đứng hướng xuống, con lắc dao động điều hòa. Chọn gốc thời gian là lúc quả cầu nhỏ được truyền vận tốc. Mốc thế năng tại vị trí cân bằng. Sau khoảng thời gian ngắn nhất kể từ thời điểm ban đầu quả cầu nhỏ đi qua vị trí có động năng bằng ba lần thế năng, một điện trường đều được thiết lập có hướng thẳng đứng xuống dưới và có độ lớn E = 2 . 10 4 V / m . Sau đó, quả cầu nhỏ dao động điều hòa với biên độ bằng bao nhiêu ?
A. 19 c m
B. 20 c m
C. 21 c m
D. 18 c m
Đáp án A
+ Tần số góc của dao động: ω = k m = 60 150.10 − 3 = 20 rad/s
Độ biến dạng của lò xo tại vị trí cân bằng Δ l 0 = m g k = 150.10 − 3 .10 60 = 2 , 5 c m
+ Biên độ dao động ban đầu của vật: A = Δ l 0 2 + v 0 ω 2 = 2 , 5 2 + 50 3 20 2 = 5 cm.
Điện trường xuất hiện, vật đang ở vị trí động năng bằng ba lần thế năng, tại vị trí này vật có x = 0,5A = 2,5 cm, v = 3 2 ω A = 50 3 cm/s.
+ Dưới tác dung của điện trường con lắc sẽ dao động điều hòa tại vị trí cân bằng mới O′ nằm dưới vị trí cân bằng cũ một đoạn Δ l = q E k = 6.10 − 5 .2.10 4 60 = 2 cm.
→ So với vị trí cân bằng mới, tại vị thời điểm xảy ra biến cố, vật có x′ = 2,5 – 2 = 0,5 cm, v ' = 3 2 ω A = 50 3 cm/s.
Biên độ dao động mới: A ' = x ' 2 + v ' ω 2 ⇒ 0 , 5 2 + 50 3 20 2 = 19 cm.
