Một con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với chu kỳ T. Trong một chu kỳ dao động của vật, khoảng thời gian lò xo bị giãn là 2T/3. Gọi F1 và F2 lần lượt là lực nén cực đại và lực kéo cực đại của lò xo tác dụng vào vật. Tỉ số F 1 F 2 là
A. 1 3
B. 1 4
C. 2 3
D. 1 2
Làm ơn, ai đó có thể chia sẻ kinh nghiệm hoặc ý tưởng để mình có thể vượt qua câu hỏi này không? Thanks mọi người.
Các câu trả lời
Câu hỏi Vật lý Lớp 12
Câu hỏi Lớp 12
Bạn muốn hỏi điều gì?
Để giải bài toán trên, chúng ta có thể sử dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng.Đầu tiên, ta xác định công của lực căng dao động được tích lũy ở lò xo trong suốt chu kỳ dao động là:\( \Delta U = \frac{F_1^2}{2k}T + \frac{F_2^2}{2k}(T - \frac{2T}{3}) \)Với \( k \) là hằng số đàn hồi của lò xo.Do đó, ta có: \( \Delta U = \frac{F_1^2T}{2k} + \frac{F_2^2(T - \frac{2T}{3})}{2k} \)\( \Delta U = \frac{F_1^2T}{2k} + \frac{F_2^2T}{2k} - \frac{F_2^2T}{3k} \)\( \Delta U = \frac{F_1^2T}{2k} + \frac{F_2^2T}{3k} \)Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, công của lực căng sẽ được biến đổi thành năng lượng động:\( \Delta U = \frac{1}{2}m(v_2^2 - v_1^2) \)Với \(v_1 = 0\) (ở vị trí cực đại trong lúc căng) và \(v_2 = 0\) (ở vị trí cực đơn 3/4 chu kỳ sau).Do đó, ta có: \( \frac{F_1^2T}{2k} + \frac{F_2^2T}{3k} = \frac{1}{2}m(0 - 0) \)\( \frac{F_1^2T}{2k} + \frac{F_2^2T}{3k} = 0 \)\( F_1^2T + \frac{2}{3}F_2^2T = 0 \)\( F_1^2 + \frac{2}{3}F_2^2 = 0 \)\( \frac{F_1^2}{F_2^2} = -\frac{2}{3} \)\( \frac{F_1}{F_2} = \sqrt{-\frac{2}{3}} = i\sqrt{\frac{2}{3}} \)Vậy, tỉ số \( \frac{F_1}{F_2} \) là \( i\sqrt{\frac{2}{3}} \).Vậy câu trả lời cho câu hỏi là: không có trong các đáp án A), B), C), D).
Do đó, đáp án đúng là A. 1/3.
Ta có thể chứng minh điều này bằng cách sử dụng công thức vận tốc cực đại và gia tốc cực đại của lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng.
Vì vậy, lực nén cực đại F1 và lực kéo cực đại F2 lần lượt tác động trong 1/3 chu kỳ động của lò xo. Từ đó suy ra tỉ số F1/F2 = 1/3.
Ta biết rằng chu kỳ T của dao động của vật là khoảng thời gian mà vật hoàn thành một chu kỳ dao động. Do đó, trong khoảng thời gian 2T/3, lò xo bị giãn có nghĩa là từ vị trí cân bằng đến vị trí cực đại lực nén hay vị trí cực đại lực kéo, điều này xảy ra trong 1/3 của chu kỳ T.