Vì sao lò xo thẳng đứng phóng vật lên phải tính phần thế năng tăng ngay khi lò xo giãn?

Giải thích nguyên lý

Trong quá trình lò xo đẩy vật lên, vật vừa tăng động năng vừa tăng thế năng trọng trường. Không thể chuyển toàn bộ thế năng đàn hồi ban đầu thành động năng tại vị trí lò xo trở về chiều dài tự nhiên. Sau khi mất tiếp xúc, động năng còn lại tiếp tục chuyển thành thế năng. Cần chọn cùng mốc độ cao cho từng giai đoạn.

Ví dụ tính từng bước

Vật 0,10 kg đặt trên lò xo thẳng đứng nén 0,10 m, k = 100 N/m, g = 10 m/s². Ban đầu thế năng đàn hồi 0,50 J. Khi lò xo trở về tự nhiên, vật đã lên 0,10 m, tăng thế năng 0,10 J; động năng còn 0,40 J, tốc độ √8 ≈ 2,83 m/s. Sau rời lò xo, vật lên thêm 0,40 m; tổng độ cao tăng là 0,50 m.

Điểm dễ hiểu sai

Không dùng v = √10 m/s tại chiều dài tự nhiên vì đã bỏ mất 0,10 J tăng thế năng. Độ cao thêm sau rời lò xo khác tổng độ cao.

Tự kiểm tra

Tại đỉnh quỹ đạo, năng lượng đàn hồi ban đầu đã chuyển thành gì? Đáp án: 0,50 J thế năng trọng trường tăng thêm.

Điều kiện áp dụng

Vật không gắn vào lò xo, bỏ qua khối lượng lò xo và lực cản, trục thẳng đứng, lò xo tuân Hooke. Hình ba trạng thái riêng, không phải ba vật.

Đọc hình minh họa

Ba vị trí của vật: lò xo nén 0,10 m, lò xo tự nhiên và đỉnh cao hơn ban đầu 0,50 m, có mốc độ cao chung. 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