Vì sao dây đàn hồi ban đầu chùng phải chia bài rơi thành hai giai đoạn?

Giải thích nguyên lý

Khi dây còn chùng, dây không kéo vật. Sau khi vừa căng, độ giãn tăng dần và lực đàn hồi mới xuất hiện. Tại vị trí thấp nhất, vận tốc có thể bằng không nhưng lực đàn hồi lớn hơn trọng lực. Có thể dùng bảo toàn cơ năng cho toàn quá trình, nhưng độ giảm độ cao gồm đoạn rơi tự do trước khi dây căng cộng với độ giãn sau đó.

Ví dụ tính từng bước

Mô hình vật 0,10 kg thả từ nghỉ, rơi 0,10 m rồi dây mới căng, k = 100 N/m, g = 10 m/s². Gọi độ giãn cực đại x. Phương trình năng lượng: 1 × (0,10 + x) = 50x². Nghiệm dương x = (1 + √21)/100 ≈ 0,05583 m. Tổng độ hạ là 0,15583 m. Lực đàn hồi cực đại khoảng 5,58 N, không bằng trọng lực 1 N.

Điểm dễ hiểu sai

Không dùng ngay mg = kx để tìm độ giãn cực đại. Đó là điều kiện cân bằng tĩnh, không phải điểm ngoặt của lần rơi.

Tự kiểm tra

Vì sao loại nghiệm âm? Đáp án: x định nghĩa là độ giãn sau khi dây căng nên x ≥ 0.

Điều kiện áp dụng

Chỉ là mô hình đồ chơi lý tưởng, không phải hướng dẫn nhảy dây; dây nhẹ, đàn hồi tuyến tính, bỏ qua cản và năng lượng mất lúc dây căng.

Đọc hình minh họa

Ba trạng thái của cùng vật: dây chùng, vừa căng, giãn cực đại; hai đoạn hạ 0,10 m và x được đánh dấu riêng. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Định luật Hooke có hiệu lực đến đâu Giới hạn đàn hồi của lò xo quan trọng vì sao