Trả lời Câu 5.14 Bài 5. Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa (trang 9, 10, 11, 12) – SBT Vật lí 11 Kết nối tri thức. Tham khảo: Phương trình dao động điều hoà có dạng : \(x = A\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\.
Câu hỏi/Đề bài:
Một người khối lượng 83 kg treo mình vào sợi dây bungee đàn hồi
có độ cứng k= 270 N/m (Hình 5.2). Từ vị trí cân bằng người này được kéo đến vị trí mà sợi dây dãn thêm 5 m so với chiều dài tự nhiên và dao động điều hoà. Xác định vị trí và vận tốc của người này sau 2 s.
Hướng dẫn:
Phương trình dao động điều hoà có dạng : \(x = A\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\)
Chu kì dao động : \(T = 2\pi \sqrt {\frac{m}{k}} = 2\pi \sqrt {\frac{{\Delta l}}{g}} \)
Lực đàn hồi của lò xo : \(F = k.\Delta l\)
Lời giải:
Tại VTCB ta có : \(\)\(mg = \Delta {l_0}.k = > \Delta {l_0} = \frac{{mg}}{k} \approx 3m\)
Từ vị trí cân bằng người này được kéo đến vị trí mà sợi dây dãn thêm 5 m so với chiều dài tự nhiên và dao động điều hoà. => \(A + \Delta {l_0} = 5 = > A = 2m\)
Vận tốc góc \(\omega = \sqrt {\frac{k}{m}} = \sqrt {\frac{{270}}{{83}}} (rad/s)\)
Ta có pt chuyển động của vật \(x = A\cos \left( {\omega t} \right) = 2\cos \left( {\sqrt {\frac{{270}}{{83}}} t} \right)\)
Thay t = 2 vào pt ta có \(\)\(x = 2\cos \left( {\sqrt {\frac{{270}}{{83}}} .2} \right) \approx – 1,8m\)
Áp dụng công thức độc lập với thời gian ta có
\(\frac{{{x^2}}}{{{A^2}}} + \frac{{{v^2}}}{{{A^2}{\omega ^2}}} = 1 = > v = 1.57m/s\)