Question

[Hoàng Đức Long]

Một lò xo có độ cứng 10 N/m được treo hai vật nặng có khối lượng m = m′ = 100 g (m gắn chặt vào lò xo, m′ nằm sát dưới m và được gắn với m bằng lớp keo dính mỏng) tại nơi có gia tốc rơi tự do m / s 2 . Từ vị trí cân bằng nâng hai vật lên đến vị trí lò xo có chiều dài tự nhiên và buông nhẹ cho hai vật dao động. Khi hai vật qua vị trí cân bằng thì vật m′ tách khỏi m. Bỏ qua ma sát, vận tốc lớn nhất của vật m trong quá trình dao động là

A. 1,5 m/s

B. 3 m/s

C. 1 m/s

D. 2 m/s

Answer 1

[Vũ Thành Nam]

Đáp án B

Hướng dẫn:

Ta có thể chia quá trình chuyển động của vật m thành hai giai đoạn sau.

Giai đoạn 1: Cùng m′ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng O.

+ Tần số góc của hệ dao động ω = k m + m ' = 10 0 , 1 + 0 , 1 = 5 2 rad/s.

Độ biến dạng của lò xo khi hệ cân bằng tại O: Δ l 0 = m + m ' g k = 0 , 2.10 10 = 20 cm.

→ Nâng hai vật đến vị trí lò xo không biến dạng rồi thả nhẹ → hệ sẽ dao động với biên độ A   =   Δ l 0   =   20   c m .

→ Tốc độ của vật khi đi qua vị trí cân bằng v = v m a x = ω A = 100 2 cm/s.

Giai đoạn 2: Dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng O′.

Khi m′ tách ra khỏi m, m sẽ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng mới O′ nằm trên vị trí cân bằng cũ một đoạn O O ' = m ' g k = 0 , 1.10 10 = 10 cm.

+ Tần số góc của hệ dao động lúc này ω = k m = 10 0 , 1 = 10 rad/s.

→ Tại vị trí xảy ra biến cố, ta có x′ = 10 cm, v ' = v m a x = 100 2 cm/s.

→ Biên độ dao động mới A ' = x ' 2 + v ' ω ' 2 = 10 2 + 100 2 10 2 = 10 3 cm/s.

+ Tốc độ cưc đại v m a x = ω ' A ' = 10.10 3 = 3 m/s.