Đề bài - bài 2.15 trang 8 sbt vật lí 12

Một vật có khối lượng \[10g\] dao động điều hòa với biên độ \[24cm\] và chu kì \[4,0s\]. Tại thời điểm \[t = 0\], vật ở vị trí biên \[x = - A\].

Đề bài

Một vật có khối lượng \[10g\] dao động điều hòa với biên độ \[24cm\] và chu kì \[4,0s\]. Tại thời điểm \[t = 0\], vật ở vị trí biên \[x = - A\].

a] Viết phương trình dao động của vật.

b] Tính li độ, gia tốc và lực kéo về tại thời điểm \[t = 0,5s\].

c] Xác định thời điểm đầu tiên vật qua vị trí có li độ \[x = - 12cm\] và tốc độ của vật tại thời điểm đó.

Phương pháp giải - Xem chi tiết

a] Sử dụng các bước viết phương trình dao động điều hòa: tìm \[\omega \], tìm \[A\], tìm pha ban đầu \[\varphi \]

b] Thay t vào biểu thức li độ, gia tốc, lực kéo về

c] Sử dụng vòng tròn lượng giác tính thời gian

Sử dụng công thức tính tốc độ \[v = \omega \sqrt {{A^2} - {x^2}} \]

Lời giải chi tiết

a] Viết phương trình dao động của vật

+ Tần số góc: \[\omega = \dfrac{{2\pi }}{T} = \dfrac{{2\pi }}{4} = \dfrac{\pi }{2}[rad/s]\]

+ Biên độ: \[A = 24cm\]

+ Tìm \[\varphi \]: \[t = 0:{x_0} = A\cos \varphi = - A \Leftrightarrow \cos \varphi = - 1 \Leftrightarrow \varphi = \pi [rad]\]

Vậy phương trình dao động: \[x = 24\cos [\dfrac{\pi }{2}t + \pi ][cm]\]

b] Phương trình gia tốc: \[a = - A{\omega ^2}\cos [\omega t + \varphi ] = - 12.{[\dfrac{\pi }{2}]^2}\cos [\dfrac{\pi }{2}t + \pi ][cm/{s^2}]\]

Tại thời điểm \[t = 0,5s\]:

Li độ: \[x = 24\cos [\dfrac{\pi }{2}t + \pi ] = 24\cos [\dfrac{\pi }{2}.0,5 + \pi ] = - 12\sqrt 2 [cm]\]

Gia tốc: \[a = - 12.{[\dfrac{\pi }{2}]^2}\cos [\dfrac{\pi }{2}t + \pi ]\]

\[ = - 12.{[\dfrac{\pi }{2}]^2}\cos [\dfrac{\pi }{2}.0,5 + \pi ]\]

\[ = 41,9[cm/{s^2}]\]

Lực kéo về: \[F = m|a| = 0,01.0,419\]

\[ = 4,{19.10^{ - 3}}[N]\]

c] Thời điểm đầu tiên vật đi qua li độ \[x = - 12cm\] là

Vị trí xuất phát: \[x = - A\]

Vị trí đích: \[x = - 12cm = - \dfrac{A}{2}cm\]

Vẽ vòng tròn lượng giác:

Từ hình vẽ: \[\cos [\omega t] = \dfrac{1}{2}\]

\[ \Rightarrow \omega t = \dfrac{\pi }{3} \Leftrightarrow \dfrac{\pi }{2}t = \dfrac{\pi }{3} \Leftrightarrow t = \dfrac{2}{3}s\]

Tốc độ tại thời điểm đó: \[v = \omega \sqrt {{A^2} - {x^2}}\]

\[ = \dfrac{\pi }{2}\sqrt {{{24}^2} - {{[ - 12]}^2}} = 32,6[cm/s]\]

Video liên quan

Bài Viết Liên Quan

Chủ Đề