1. Phương pháp
2.1. Chiều dài của lò xo:
- Gọi lo là chiều dài tự nhiên của lò xo
- l là chiều dài khi con lắc ở vị trí cân bằng: l = lo + Δlo
- A là biên độ của con lắc khi dao động.
- Gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, chiều dương hướng xuống dưới.
2.2. Lực đàn hồi:
Fdh = - K.Δx (N)
(Nếu xét về độ lớn của lực đàn hồi). Fdh = K.(Δlo + x)
Fdhmax = K(Δlo + A)
Fdhmin = K(Δlo - A) Nếu Δlo > A
Fdhmin = 0 khi lo ≤ A (Fdhmin tại vị trí lò xo không bị biến dạng)
2.3. Lực phục hồi (lực kéo về):
Fph = ma = m (- ω2.x) = - K.x
Nhận xét: Trường hợp lò xo treo thẳng đứng lực đàn hồi và lực phục hồi khác nhau.
Trong trường hợp A > Δlo
Fnén = K(|x| - Δlo) với |x| ≥ Δlo.
Fnenmax = K|A-Δlo|
2.4. Bài toán: Tìm thời gian lò xo bị nén, giãn trong một chu kỳ:
Gọi φnén là góc nén trong một chu kỳ.
- φnén = 2.α Trong đó: cosα = Δlo/A
Nhận xét: tgiãn = 2tnén, tgiãn = 3tnén, tgiãn = 5t nén (tỉ lệ 2:3:5) thì tương ứng với 3 vị trí đặc biệt trên trục thời gian
Đối với con lắc lò xo nằm ngang ta vẫn dùng các công thức của lò xo thẳng đứng nhưng Δlo = 0 và lực phục hồi chính là lực đàn hồi Fdhmax Fhp = k.A và Fdhmin = 0
2. Ví dụ
Ví dụ 1: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 5 cm. Xác định chiều dài cực đại, cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động của vật.
A. 40cm; 30 cm B. 45cm; 25cm
C. 35 cm; 55cm D. 45 cm; 35 cm.
Hướng dẫn:
Ta có: lo = 30 cm và Δlo = mg/k = 0,1 m = 10 cm
lmax = lo + Δlo + A = 30 + 10 +5 = 45 cm
lmin = lo + Δlo - A = 30 + 10 - 5 = 35 cm
Ví dụ 2: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 5 cm. Xác định lực đàn hồi cực đại, cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động của vật.
A. 1,5N; 0,5N B. 2N; 1.5N C. 2,5N; 0,5N D. Khác
Hướng dẫn:
Ta có: Δlo = 0,1 m > A.
Áp dụng Fdhmax = K(A + Δlo) = 10(0,1 + 0,05) = 1,5 N
Fdhmin = K(A - Δlo) = 10(0,1 - 0,05) = 0,5 N
Ví dụ 3: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 20 cm. Xác định lực đàn hồi cực đại, cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động của vật.
A. 1,5N; 0N B. 2N; 0N C. 3N; 0N D. Khác
Hướng dẫn:
Ta có Δlo = 0,1 m < A nên Fdhmax = K(A+ Δlo) = 10(0,1 + 0,2) = 3 N
và Fdhmin = 0 vì Δlo < A
Ví dụ 4: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 20 cm. Xác định thời gian lò xo bị nén trong một chu kỳ?
A. π/15 s B. π/10 s C. π/5 s D. π s
Hướng dẫn:
Cách 1:
Ta có: tnén = Φ/ω
Cách 2: Sử dụng trục thời gian
Ta có: Thời gian lò xo nén 1 lần là thời gian ngắn nhất vật đi từ -Δlo đến –A
Vì trong 1T lò xo nén 2 lần nên thời gian giãn trong 1T cần tìm
Ví dụ 5: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 20 cm. Xác định tỉ số thời gian lò xo bị nén và giãn.
A. 12 B. 1 C. 2 D. 14
Hướng dẫn:
Cách 1:
Gọi H là tỉ số thời gian lò xo bị nén và giãn trong một chu kỳ.
Cách 2: Sử dụng trục thời gian
Ta dễ dàng tính được
Được cập nhật: hôm kia lúc 15:50:43 | Lượt xem: 724