Độ biến dạng của lò xo tại vị trí cân bằng

+ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, chiều dương hướng lên → lực đàn hồi bằng lực phục hồi

Đáp án D

Chọn C

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:

ü Đáp án D

Độ biến dạng của lò xo tại vị trí cân bằng  Δ l 0 = m g k = 4 cm

+ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, chiều dương hướng lên → lực đàn hồi bằng lực phục hồi 

- k x = - k Δ l 0 - x ⇒ x = 0 , 5 Δ l 0 = 2 c m

Chọn C.