Một con lắc đơn chiều dài l =1,8m, một đầu gắn với vật khối lượng 200g. Thẳng phía dưới điểm treo cách điểm treo một đoạn 1/2 có một cái đinh. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng sao cho dây treo hợp với phương thẳng đứng góc 30° rồi thả nhẹ.
a/ Xác định điểm cao nhất và xác định góc hợp bởi dây dây và phương thẳng đứng sau khi va chạm với đinh.
b/ Khi dây treo quay lại vị trí cân bằng thì dây bị đứt. Tìm hướng và độ lớn vận tốc của vật m lúc sắp chạm đất. Biết rằng điểm treo cách mặt đất 2,3m.
Bỏ qua mọi sức cản và ma sát lấy g = 10m/s2.
Quảng cáo
4 câu trả lời 105
- Phân tích hiện tượng
+ Giai đoạn 1: Vật chuyển động với chiều dài dây l = 1,8 m từ góc về vị trí cân bằng (VTCB).
+ Giai đoạn 2: Tại VTCB, dây vướng đinh tại vị trí , khi đó chiều dài dây mới là l' = m. Vật tiếp tục chuyển động với chiều dài mới này.
+ Giai đoạn 3: Vật vung lên đến độ cao cực đại bên kia rồi quay lại. Tại VTCB dây đứt, vật chuyển động như một vật ném ngang.
a) Xác định điểm cao nhất và góc hợp bởi dây sau khi vướng đinh
- Chọn gốc thế năng tại VTCB.
1. Xác định điểm cao nhất: Vì bỏ qua mọi ma sát và sức cản, cơ năng của vật được bảo toàn. Điểm cao nhất bên trái (trước khi vướng đinh) và điểm cao nhất bên phải (sau khi vướng đinh) phải có cùng độ cao so với gốc thế năng.
+ Độ cao cực đại ban đầu: .
+ Vậy điểm cao nhất sau khi vướng đinh vẫn ở độ cao hmax so với VTCB.
2. Xác định góc lệch mới ():
- Gọi là góc hợp bởi dây l' và phương thẳng đứng khi vật ở điểm cao nhất bên phải.
- Ta có phương trình bảo toàn cơ năng:
=> Thay l' = vào phương trình:
=>
b) Vận tốc của vật lúc chạm đất khi dây đứt
1. Vận tốc của vật tại VTCB (v0):
- Dây đứt tại VTCB, lúc này vật có vận tốc cực đại theo phương ngang.
=> Thay số:
2. Vận tốc lúc chạm đất (v):
- Khi dây đứt, vật trở thành vật ném ngang từ độ cao H.
+ Điểm treo cách đất: 2,3 m.
+ Độ cao từ vật (tại VTCB) đến đất: H = 2,3 - l = 2,3 - 1,8 = 0,5 m.
- Áp dụng bảo toàn cơ năng từ lúc đứt dây đến lúc chạm đất:
=> Thay số:
3. Hướng của vận tốc:
- Vận tốc lúc chạm đất hợp với phương ngang một góc
(Vận tốc hướng xuống dưới, hợp với phương nằm ngang một góc 55,15).
Vậy:
Góc lệch sau vướng đinh: 42,95.
Vận tốc chạm đất: 3,85 m/s, hướng xuống dưới hợp với phương ngang góc 55,15.
và góc lệch cực đại mới là
.
b/ Vận tốc lúc chạm đất có độ lớn xấp xỉ
, hợp với phương ngang một góc
.
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
153048 -
99617
-
Hỏi từ APP VIETJACK
Đã trả lời bởi chuyên gia
61058
