Một lò xo có độ cứng k = 16N/m có một đầu được giữ cố định còn đầu kia gắn vào quả cầu khối lượng M =240 g đang đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang. Một viên bi khối lượng m = 10 g bay với vận tốc vo = 10m/s theo phương ngang đến va chạm mềm với vật mờ sau va chạm khi lò xo dãn 3 cm thì vận tốc của hai vật là?
Chọn chiều (+) là chiều viên đạn bay:
Vận tốc hai vật sau va chạm:
$m\vec{v_1}+M\vec{v_2}=(m+M)\vec{v_{12}}$
(+): $mv_1+Mv_2=(m+M)v_{12}$
$<=>10.10+0=(10+240)v_{12}$
$=>v_{12}=0,4(m/s)$
Áp dụng bảo toàn cơ năng:
$\frac{1}{2}(m+M)v_{12}^2=\frac{1}{2}k\Delta{l}^2+\frac{1}{2}(m+M)v_{12}’^2$
$<=>\frac{1}{2}.0,25.0,4^2=\frac{1}{2}.16.0,03+\frac{1}{2}.0,25.v_{12}’^2$
$=>v_{12}’=0,32(m/s)$
Đáp án:
Vận tốc của 2 vật khi lò xo dãn 3cm là 0,32m/s
Giải thích các bước giải:
Vận tốc của 2 vật sau va chạm là:
\[m{v_o} = \left( {m + M} \right)v \Rightarrow v = \frac{{m{v_o}}}{{m + M}} = \frac{{10.10}}{{10 + 240}} = 0,4m/s\]
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có:
\[\begin{array}{l}
\frac{1}{2}k\Delta {l^2} + \frac{1}{2}\left( {m + M} \right)v{‘^2} = \frac{1}{2}\left( {m + M} \right){v^2}\\
\Leftrightarrow v’ = \sqrt {{v^2} – \frac{{k\Delta {l^2}}}{{m + M}}} = \sqrt {0,{4^2} – \frac{{16.0,{{03}^2}}}{{0,25}}} = 0,32m/s
\end{array}\]