Một vật có khối lượng
m
1
=
1
,
25
k
g
mắc vào lò xo nhẹ có độ cứng k = 200 N/m, đầu kia của lò xo gắn chặt vào tường. Vật và lò xo đặt trên mặt phẳng nằm ngang có ma sát không đáng kể. Đặt vật thứ hai có khối lượng
m
2
=
3
,
75
k
g
sát với vật thứ nhất rồi đẩy chậm hai vật cho lò xo bị nén lại 8...
Đọc tiếp
Một vật có khối lượng m 1 = 1 , 25 k g mắc vào lò xo nhẹ có độ cứng k = 200 N/m, đầu kia của lò xo gắn chặt vào tường. Vật và lò xo đặt trên mặt phẳng nằm ngang có ma sát không đáng kể. Đặt vật thứ hai có khối lượng m 2 = 3 , 75 k g sát với vật thứ nhất rồi đẩy chậm hai vật cho lò xo bị nén lại 8 cm. Khi thả nhẹ chúng ra, lò xo đẩy hai vật chuyển động về một phía. Lấy π 2 = 10 , khi lò xo giãn cực đại lần đầu tiên thì hai vật cách xa nhau một đoạn là
A. 2π – 4 cm
B. 16 cm
C. 4π – 8 cm
D. 4π – 4 cm
Hướng dẫn:
Ta nhận thấy rằng, trong quá trình chuyển động đến một thời điểm nào đó vật m 2 sẽ tách khỏi vật m 1 , biến cố này chỉ làm thay đổi tần số dao động riêng của vật dao động điều hòa mà không làm thay đổi vị trí cân bằng của hệ dao động điều hòa.
Mặc khác, tại vị trí cân bằng hai vật sẽ có tốc độ cực đại, ngay sau đó vật m 1 sẽ chuyển động chậm dần về biên, vật m 2 thì chuyển động thẳng đều với vận tốc cực đại do đó hai vật sẽ tách ra khỏi nhau tại vị trí này.
Để đơn giản, ta có thể thay thế chuyển động của vật thành hai giai đoạn chuyển động thành phần.
Giai đoạn 1: Hai vật dao động điều hòa với biên độ A = 8 cm quanh vị trí cân bằng O từ biên về vị trí cân bằng.
+ Tần số góc dao động của hệ ω = k m 1 + m 2 = 200 1 , 25 + 3 , 75 = 2 π rad/s.
→ Khi hệ hai vật đến O, ta có v = v m a x = ω A = 2 π . 8 = 16 π c m / s .
Giai đoạn 1: Vật m1 dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng O, vật m2 chuyển động thẳng đều ra xa với tốc độ v 2 = v m a x .
+ Tần số góc của con lắc sau khi vật m 2 tách ra khỏi m 1 ω ' = k m 1 = 200 1 , 25 = 4 π rad/s → T = 0,5 s.
Tại vị trí vật m 2 tách khỏi vật m 1 , ta có x′ = 0, v′ = vmax.
→ Biên độ dao động mới của m 1 là A 1 = v m a x ω ' = 16 π 4 π = 4 cm.
+ Lò xo giãn cực đại lần đầu tiên kể từ thời điểm hai vật tách nhau ứng với Δt = 0,25T = 0,125 s.
→ Khoảng cách giữa hai vật lúc đó là Δ x = x 2 – x 1 = v 2 Δ t – A 1 = 16 π . 0 , 125 – 4 = 2 π – 4 c m .
Đáp án A