Hai con lắc lò xo đặt đồng trục trên mặt phẳng ngang không ma sát như hình vẽ. Mỗi lò xo có một đầu cố định và đầu còn lại gắn với vật nặng khối lượng m. Ban đầu, hai vật nặng ở các vị trí cân bằng O1, O2 cách nhau 10 cm. Độ cứng các lò xo lần lượt là k1 = 100 N/m và k2 = 400 N/m. Kích thích cho hai vật dao động điều hòa bằng cách: vật thứ nhất bị đẩy về bên trái còn vật thứ hai bị đẩy về bên phải rồi đồng thời buông nhẹ. Biết động năng cực đại của hai vật bằng nhau và bằng 0,125 J. Kể từ lúc thả các vật, khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật có giá trị là
A. 6,25 cm.
B. 5,62 cm.
C. 7,50 cm.
D. 2,50 cm.
Lời giải của giáo viên
Tần số góc của hai con lắc là:
\(\left\{ \begin{align} & {{\omega }_{1}}=\sqrt{\frac{{{k}_{1}}}{m}} \\ & {{\omega }_{2}}=\sqrt{\frac{{{k}_{2}}}{m}} \\ \end{align} \right.\Rightarrow \frac{{{\omega }_{2}}}{{{\omega }_{1}}}=\sqrt{\frac{{{k}_{2}}}{{{k}_{1}}}}=\sqrt{\frac{400}{100}}=2\Rightarrow {{\omega }_{2}}=2{{\omega }_{1}}=2\omega \)
Cơ năng của hai con lắc là:
\(\left\{ \begin{align} & {{\text{W}}_{1}}=\frac{1}{2}{{k}_{1}}A_{1}^{2}\Rightarrow 0,125=\frac{1}{2}.100.A_{1}^{2}\Rightarrow {{A}_{1}}=0,05\left( m \right)=5\left( cm \right) \\ & {{\text{W}}_{2}}=\frac{1}{2}{{k}_{2}}A_{2}^{2}\Rightarrow 0,125=\frac{1}{2}.400.A_{2}^{2}\Rightarrow {{A}_{2}}=0,025\left( m \right)=2,5\left( cm \right) \\ \end{align} \right.\)
Tại thời điểm ban đầu, con lắc thứ nhất ở biên âm, con lắc thứ 2 ở biên dương
\(\to \) hai con lắc dao động ngược pha.
Gọi phương trình dao động của hai con lắc là:
\(\left\{ \begin{align} & {{x}_{1}}=5\cos \left( \omega t+\pi \right) \\ & {{x}_{2}}=2,5\cos \left( 2\pi t \right) \\ \end{align} \right.\)
Khoảng cách giữa hai vật trong quá trình dao động là:
\(\ell ={{O}_{1}}{{O}_{2}}+\left( {{x}_{2}}-{{x}_{1}} \right)=10+2,5\cos \left( 2\omega t \right)-5\cos \left( \omega t+\pi \right)\)
\(\Rightarrow \ell =10+2,5.\left( 2{{\cos }^{2}}\omega t-1 \right)+5\cos \left( \omega t \right)\)
\(\Rightarrow \ell =5{{\cos }^{2}}\omega t+5\cos \omega t+7,5\)
Đặt \(x=cos\omega t\Rightarrow f\left( x \right)=5{{x}^{2}}+5x+7,5\)
Xét \(f'\left( x \right)=10x+5=0\Rightarrow x=-\frac{1}{2}\Rightarrow {{f}_{\left( x \right)\min }}={{\ell }_{\min }}=6,25\left( cm \right)\)
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Hai âm có mức cường độ ẩm chênh lệch nhau là 20 dB. Tỉ số cường độ ẩm của chúng là
Ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng dùng để đo
Một máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động bình thường, ba suất điện động xuất hiện trong ba cuộn dây của máy có cùng tần số, cùng biên độ và từng đôi một lệch pha nhau một góc
Xét một đoạn mạch xoay chiều mắc nối tiếp gồm cuộn dây D và tụ điện C. Điện áp tức thời ở hai đầu cuộn dây D và điện áp tức thời ở hai đầu tụ điện C được biểu diễn bởi các đồ thị \({{u}_{D}},{{u}_{C}}\) như hình vẽ. Trên trục thời gian t, khoảng cách giữa các điểm a - b, b - c, c - d, d - e là bằng nhau. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch gần nhất với giá trị nào sau đây?
Để kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay, người ta sử dụng
Một bức xạ đơn sắc có tần số 4.1014 Hz. Biết chiết suất của thủy tinh với bức xạ trên là 1,5 và tốc độ ánh sáng trong chân không là 3.108 m/s. Bước sóng của ánh sáng này trong thủy tinh là
Giới hạn quang điện của bạc là 0,26\(\mu m,\) của đồng là 0,30\(\mu m\), của kẽm là 0,35\(\mu m\). Giới hạn quang điện của một hợp kim gồm bạc, đồng và kẽm sẽ là
Điện áp xoay chiều \(u=100\cos \left( 100\pi t+\pi \right)\left( V \right)\) có giá trị hiệu dụng là
Trong sơ đồ khối của một máy thu thanh vô tuyến đơn giản không có bộ phận
Biết khối lượng của prôtôn, nơtron, hạt nhân \(_{8}^{16}O\) lần lượt là 1,0073u; 1,0087u; 15,9904u và lu = 931,5 MeV/c2. Năng lượng liên kết của hạt nhân lo xấp xỉ bằng
Một hạt mang điện tích \(q={{3,2.10}^{-19}}\)C, bay vào trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5T với vận tốc 106 m/s và vuông góc với cảm ứng từ. Lực Lorenxo tác dụng lên hạt đó có độ lớn là
Một con lắc lò xo có độ cứng 20 N/m, dao động điều hòa với biên độ 5 cm. Gốc thế năng tại vị trí cân bằng. Khi vật nặng qua vị trí có li độ 2 cm thì động năng của nó bằng