a. Viêt phương trình dao dộng của con lắc
b. Tại thời điểm t=0,2s thì tỉ số giữa thế năng và cơ năng là bao nhiêu?
c. Tỉ số giữa lực đàn hồi cực đại và lực kéo về cực đại là bao nhiêu?
Quảng cáo
2 câu trả lời 774
Để giải bài toán về con lắc lò xo dao động điều hòa, chúng ta cần thực hiện các bước sau:
### a. Viết phương trình dao động của con lắc
1. **Tìm độ cứng của lò xo (k):**
Chiều dài lò xo chưa treo vật là \( l_0 = 10 \) cm, và chiều dài lò xo khi treo vật tại vị trí cân bằng là \( l_c = 12 \) cm. Do đó, độ dãn của lò xo khi vật treo ở vị trí cân bằng là:
\[
\Delta l = l_c - l_0 = 12 \text{ cm} - 10 \text{ cm} = 2 \text{ cm} = 0.02 \text{ m}
\]
Lực kéo về của lò xo tại vị trí cân bằng bằng trọng lực của vật:
\[
F_{\text{kéo}} = m g = k \Delta l
\]
Do đó, độ cứng của lò xo \( k \) là:
\[
k = \frac{m g}{\Delta l}
\]
2. **Tìm tần số góc \( \omega \):**
Tần số góc của dao động điều hòa là:
\[
\omega = \sqrt{\frac{k}{m}}
\]
Thay \( k \) vào:
\[
\omega = \sqrt{\frac{m g}{m \Delta l}} = \sqrt{\frac{g}{\Delta l}}
\]
Thay giá trị \( g = 10 \text{ m/s}^2 \) và \( \Delta l = 0.02 \text{ m} \):
\[
\omega = \sqrt{\frac{10}{0.02}} = \sqrt{500} = 10 \sqrt{5} \text{ rad/s}
\]
3. **Tìm biên độ dao động \( A \):**
Vận tốc khi kéo xuống vị trí cân bằng là 30 cm/s = 0.3 m/s. Sử dụng công thức bảo toàn cơ năng, tổng cơ năng tại vị trí này là:
\[
\frac{1}{2} k A^2 = \frac{1}{2} m v^2
\]
Thay \( k = \frac{m g}{\Delta l} \) và \( v = 0.3 \text{ m/s} \):
\[
\frac{1}{2} \frac{m g}{\Delta l} A^2 = \frac{1}{2} m v^2
\]
\[
\frac{g}{\Delta l} A^2 = v^2
\]
\[
A^2 = \frac{v^2 \Delta l}{g}
\]
\[
A^2 = \frac{(0.3)^2 \times 0.02}{10} = \frac{0.0006}{10} = 0.00006
\]
\[
A = \sqrt{0.00006} = 0.007746 \text{ m} \approx 7.746 \text{ mm}
\]
Phương trình dao động của con lắc là:
\[
x(t) = A \cos(\omega t + \phi)
\]
Với \( A = 0.02 \text{ m} \) và \( \omega = 10 \sqrt{5} \text{ rad/s} \), \( \phi \) được xác định theo điều kiện đầu. Tại \( t = 0 \), \( x(0) = -0.02 \text{ m} \) và vận tốc \( v(0) = 0.3 \text{ m/s} \), vậy \( \phi = \pi \).
Do đó, phương trình dao động là:
\[
x(t) = 0.02 \cos(10 \sqrt{5} t + \pi) \approx -0.02 \cos(10 \sqrt{5} t)
\]
### b. Tỉ số giữa thế năng và cơ năng tại \( t = 0.2 \text{ s} \)
1. **Tính thế năng và cơ năng:**
Thế năng tại thời điểm \( t \) là:
\[
E_p(t) = \frac{1}{2} k x^2(t)
\]
Cơ năng tổng cộng là:
\[
E_{\text{total}} = \frac{1}{2} k A^2
\]
Tỉ số giữa thế năng và cơ năng là:
\[
\text{Tỉ số} = \frac{E_p(t)}{E_{\text{total}}} = \frac{\frac{1}{2} k x^2(t)}{\frac{1}{2} k A^2} = \frac{x^2(t)}{A^2}
\]
Tại \( t = 0.2 \text{ s} \):
\[
x(0.2) = 0.02 \cos(10 \sqrt{5} \times 0.2)
\]
Tính:
\[
x(0.2) = 0.02 \cos(2 \sqrt{5})
\]
Tỉ số:
\[
\text{Tỉ số} = \frac{x^2(0.2)}{A^2}
\]
### c. Tỉ số giữa lực đàn hồi cực đại và lực kéo về cực đại
1. **Lực đàn hồi cực đại và lực kéo về cực đại:**
- Lực đàn hồi cực đại là \( F_{\text{kéo cực đại}} = k A \).
- Lực kéo về cực đại là lực khi vật đang ở biên của dao động, và bằng:
\[
F_{\text{kéo cực đại}} = k A
\]
- Do đó, tỉ số giữa lực đàn hồi cực đại và lực kéo về cực đại là:
\[
\text{Tỉ số} = \frac{F_{\text{kéo cực đại}}}{F_{\text{kéo cực đại}}} = 1
\]
### Tóm tắt
a. Phương trình dao động là \( x(t) = -0.02 \cos(10 \sqrt{5} t) \).
b. Tỉ số giữa thế năng và cơ năng tại \( t = 0.2 \text{ s} \) là \( \frac{x^2(t)}{A^2} \).
c. Tỉ số giữa lực đàn hồi cực đại và lực kéo về cực đại là 1.
a. Phương trình dao động là x(t)=−0.02cos(10√5t)
b. Tỉ số giữa thế năng và cơ năng tại t=0.2 st=0.2 s là x2(t)A2
c. Tỉ số giữa lực đàn hồi cực đại và lực kéo về cực đại là 1.
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
153853 -
114452
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
107454 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
72259
