Một lò xo có độ cứng 20 N/m, đầu trên được treo vào một điểm cố định, đầu dưới gắn vật nhỏ A có khối lượng 100 g . Vật A được nối với vật B khối lượng 100 g bằng sợi dây mềm, mảnh, không dãn và đủ dài. Từ vị trí cân bằng của hệ, kéo vật B thẳng đứng xuống dưới một đoạn 20 cm rồi thả nhẹ. Khi vật B bắt đầu đổi chiều chuyển động thì bất ngờ bị tuột khỏi dây nối. Bỏ qua các lực cản, lấy g=10 m/ s 2 . Quãng đường vật A đi được kể từ khi vật B tuột khỏi dây nối đến khi vật B rơi đến vị trí thả ban đầu là

A.  

39,88 cm .

B.  

45,00 cm .

C.  

30,36 cm .

D.  

34,68 cm .

Đáp án đúng là: A

Giải thích đáp án:


ω=kmA+mB=200,1+0,1=10\omega = \sqrt{\dfrac{k}{m_{A} + m_{B}}} = \sqrt{\dfrac{20}{0 , 1 + 0 , 1}} = 10 (rad/s)

Tại vị trí lò xo không biến dạng thì lực đàn hồi hướng xuống nên dây chùng
Vật B bị ném lên với v0=ωA2Δl02=10(20)2(10)2=1003v_{0} = \omega \sqrt{A^{2} - \Delta l_{0}^{2}} = 10 \sqrt{\left(20\right)^{2} - \left(10\right)^{2}} = 100 \sqrt{3}(cm/s)
Thời gian vật B lên đến vị trí cao nhất là t0=v0g=10031000=0,13st_{0} = \dfrac{v_{0}}{g} = \dfrac{100 \sqrt{3}}{1000} = 0 , 1 \sqrt{3} s
Quãng đường vật B lên đến vị trí cao nhất s0=v22g=(1003)22.1000=15cms_{0} = \dfrac{v^{2}}{2 g} = \dfrac{\left( 100 \sqrt{3} \right)^{2}}{2 . 1000} = 15 c m
A+Δl0+s0=12gt220+10+15=12.1000.t2t=0,3sA + \Delta l_{0} + s_{0} = \dfrac{1}{2} g t^{2} \Rightarrow 20 + 10 + 15 = \dfrac{1}{2} . 1000 . t^{2} \Rightarrow t = 0 , 3 s
Vật A dao động quanh vị trí cân bằng mới dãn ΔlA=0,12=0,05m=5cm\Delta l_{A} = \dfrac{0 , 1}{2} = 0 , 05 m = 5 c m
(ω)A=kmA=200,1=102\left(\omega\right)_{A} = \sqrt{\dfrac{k}{m_{A}}} = \sqrt{\dfrac{20}{0 , 1}} = 10 \sqrt{2} (rad/s)
AA=ΔlA2+(v0(ω)A)2=52+(1003102)2=57A_{A} = \sqrt{\Delta l_{A}^{2} + \left( \dfrac{v_{0}}{\left(\omega\right)_{A}} \right)^{2}} = \sqrt{5^{2} + \left( \dfrac{100 \sqrt{3}}{10 \sqrt{2}} \right)^{2}} = 5 \sqrt{7} (cm)
xA=AAcos((ω)At+arccosΔlAAA)=57cos(102t+arccos557)x_{A} = A_{A} cos \left( \left(\omega\right)_{A} t + arccos \dfrac{- \Delta l_{A}}{A_{A}} \right) = 5 \sqrt{7} cos \left( 10 \sqrt{2} t + arccos \dfrac{- 5}{5 \sqrt{7}} \right)
vA=5014sin(102t+arccos557)\Rightarrow v_{A} = - 50 \sqrt{14} sin \left( 10 \sqrt{2} t + arccos \dfrac{- 5}{5 \sqrt{7}} \right)
. Chọn A

Câu hỏi tương tự:


Đề thi chứa câu hỏi này:

68. Đề thi thử TN THPT VẬT LÝ 2024 - Sở Phú Thọ. (Có lời giải chi tiết)THPT Quốc giaVật lý

1 mã đề 40 câu hỏi 50 phút

6,008 lượt xem 3,220 lượt làm bài