một con lắc lò xo có m=2kg, k=5000N/m, kéo quả cầu khỏi vị trí cân bằng một đoạn 3cm và truyền cho nó vận tốc 2m/s hướng xuống thẳng đứng, cho π^2=10
a) Tính cơ năng của hệ rồi suy ra biên độ dao động.
b) Tìm vị trí mà tại đó thế năng bằng 1/3 lần động năng
Đáp án:
$\begin{align}
& \text{W}=6,25J \\
& A=5cm \\
& x=2,5cm \\
\end{align}$
Giải thích các bước giải:
$m=2kg;k=5000N/m;x=3cm;v=2m/s$
cơ năng tại vị trí thả:
$\begin{align}
& \text{W}={{\text{W}}_{d}}+{{\text{W}}_{t}} \\
& =\dfrac{1}{2}.m.{{v}^{2}}+\dfrac{1}{2}.k.{{x}^{2}} \\
& =\dfrac{1}{2}{{.2.2}^{2}}+\dfrac{1}{2}.5000.{{(0,03)}^{2}} \\
& =6,25J \\
\end{align}$
bảo toàn cơ năng:
$\begin{align}
& \text{W}={{\text{W}}_{tmax}} \\
& \Leftrightarrow \text{W}=\dfrac{1}{2}.k.A{}^{2} \\
& \Leftrightarrow 6,25=\dfrac{1}{2}.5000.{{A}^{2}} \\
& \Rightarrow A=0,05m=5cm \\
\end{align}$
b) vị trí:
$\begin{align}
& {{\text{W}}_{t}}=\dfrac{1}{3}{{\text{W}}_{d}}\Rightarrow {{\text{W}}_{d}}=3{{\text{W}}_{t}} \\
& \text{W=}{{\text{W}}_{d}}+{{\text{W}}_{t}}=4{{\text{W}}_{t}} \\
& \Leftrightarrow \text{W}=4.\dfrac{1}{2}.k.{{x}^{2}} \\
& \Leftrightarrow 6,25=4.\dfrac{1}{2}.5000.{{x}^{2}} \\
& \Rightarrow x=0,025m=2,5cm \\
\end{align}$