Một vật có khối lượng m1 = 80 g đang cân bằng ở đầu trên của một lò xo có độ cứng k = 20 N/m, đặt thẳng đứng trên mặt bàn nằm ngang. Lấy g = 10 m/s2. Thả một vật nhỏ m2 = 20 g, rơi tự do từ độ cao bằng bao nhiêu so với vật m1, để sau va chạm mềm hai vật dao động điều hòa với vận tốc cực đại bằng \(
30\sqrt 2 \) cm/s?
A. 0,8 cm.
B. 22,5 cm.
C. 45 cm.
D. 20 cm.
Lời giải của giáo viên
Phân tích:
+ O1 là vị trí cân bằng của vật m1 , độ biến dạng lò xo:
\( \Delta {l_1} = \frac{{{m_1}g}}{k} = 4cm\)
+ O12 là vị trí cân bằng của vật m1 và m2 , độ biến dạng lò xo:
\( \Delta {l_{12}} = \frac{{({m_1} + {m_2})g}}{k} = 5cm\)
Gọi v1 và v2 lần lượt là vận tốc của vật m2 và m2 trước khi va chạm. Và v là vận tốc của hai vật sau va chạm
+ Vận tốc của m2 ngay trước khi va chạm: \( {v_2} = \sqrt {2gh} \) (thả tự do v0=0).
-Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho va chạm mềm, ta có: \({m_2}{v_2} + {m_1}{v_1} = ({m_1} + {m_2}){v}\)
Vì m1 đứng yên nên v1=0:
\( \to v = \frac{{{m_2}{v_2}}}{{({m_1} + {m_2})}} = \frac{{{m_2}\sqrt {2gh} }}{{({m_1} + {m_2})}} \to {v^2} = 0,8h\)
+ Sau khi va chạm vật sẽ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng O12 với tần số góc:
\( \omega = \sqrt {\frac{k}{{{m_1} + {m_2}}}} = 10\sqrt 2 (rad/s)\)
+ Ngay sau khi va chạm vật có li độ x \(x = \Delta {l_{12}} - \Delta {l_1} = 1cm\)
Áp dụng công thức độc lập với thời gian, suy ra v:
\( \left\{ \begin{array}{l} {(\frac{x}{A})^2} + {(\frac{v}{{{v_{\max }}}})^2} = 1\\ {v_{\max }} = \omega A \end{array} \right. \to A = \sqrt {{x^2} + {{(\frac{v}{\omega })}^2}} = \sqrt {{x^2} + {{(\frac{v}{{{\omega _{12}}}})}^2}} = \sqrt {{{0,01}^2} + {{(\frac{{0,8h}}{{200}})}^2}} = \sqrt {{{10}^4} + {{4.10}^{ - 3}}h} \)
Ta có: vận tốc cực đại
\( {v_{\max }} = {\omega _{12}}A \Leftrightarrow 0,3\sqrt 2 = 10\sqrt 2 .\sqrt {{{10}^4} + {{4.10}^{ - 3}}h} \)
Vậy chiều cao h là:
→h=0,2m=20cm
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Trong mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C đang có dao động điện từ tự do với tần số f. Hệ thức đúng là
Cho phản ứng hạt nhân: \({}_{11}^{23}Na + {}_1^1H \to X + {}_{10}^{20}Ne\). Hạt nhân X tạo thành trong phản ứng trên là hạt
Hai con lắc lò xo giống nhau, gồm lò xo nhẹ và vật nặng có khối lượng 500g, dao động điều hòa với phương trình lần lượt là \( {x_1} = A\cos (\omega t - \frac{\pi }{3})\) (cm) và \( {x_2} = \frac{{3A}}{4}\cos (\omega t - \frac{\pi }{3})\) trên hai trục tọa độ song song, cùng chiều, gần nhau và có gốc tọa độ thuộc một đường thẳng vuông góc với quỹ đạo của hai vật. Trong quá trình dao động, khoảng cách giữa hai vật lớn nhất bằng 10 cm và vận tốc tương đối giữa chúng có độ lớn cực đại bằng 1 m/s. Để hai con lắc trên dừng lại thì phải thực hiện lên hệ hai con lắc một công cơ học có tổng độ lớn bằng:
Theo mẫu Bo về nguyên tử hiđrô, khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng L sang quỹ đạo dừng N bán kính quỹ đạo:
Hạt nhân \( {}_{84}^{210}Po\) phóng xạ α và biến thành hạt nhân \( {}_{82}^{206}Pb\). Cho biết chu kì bán rã của\( {}_{84}^{210}Po\) là 138 ngày và ban đầu có 0,8 g \( {}_{84}^{210}Po\) nguyên chất. Khối lượng \({}_{84}^{210}Po \) còn lại sau 414 ngày là:
Dòng điện xoay chiều có cường độ biến thiên theo thời gian với qui luật \( i = 2\sqrt 2 \cos 100\pi t(A)\). Tần số của dòng điện bằng:
Trong dao động điều hòa, khoảng thời gian ngắn nhất để trạng thái dao động của vật lặp lại như cũ được gọi là
Cho phản ứng hạt nhân \( {}_{{Z_1}}^{{A_1}}A + {}_{{Z_2}}^{{A_2}}B \to {}_{{Z_3}}^{{A_3}}C + {}_{{Z_4}}^{{A_4}}D\) . Năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân lần lượt là: \( {\varepsilon _A},{\varepsilon _B},{\varepsilon _C},{\varepsilon _D}\). Năng lượng tỏa ra của phản ứng hạt nhân trên là:
Năng lượng phôtôn một ánh sáng đơn sắc là 2,0 eV. Cho biết h = 6,625.10−34 J.s, c = 3.108m/s và 1ev = 1,6.10−19 J. Trong chân không, bước sóng của ánh sáng đơn sắc này có giá trị xấp xỉ bằng:
Một sóng cơ học có tần số f lan truyền trong môi trường vật chất đàn hồi với bước sóng λ. Tốc độ truyền sóng v được tính theo công thức:
Đặt điện áp\( u = 100\sqrt 2 \cos (100\pi t)(V)\) vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh với C, R có độ lớn không đổi và \( L = \frac{1}{\pi }\) (H). Khi đó, điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mỗi phần tử R, L và C có độ lớn bằng nhau. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là:
Sóng điện từ bị phản xạ mạnh nhất ở tầng điện li là