Vì sao thả tải từ trạng thái lò xo không dãn có thể làm nó dãn quá vị trí cân bằng tĩnh?

Giải thích nguyên lý

Khi đi qua vị trí lực đàn hồi cân bằng trọng lực, tải có thể còn vận tốc xuống nên tiếp tục dãn. Vị trí cân bằng tĩnh không nhất thiết là vị trí dãn cực đại trong quá trình có chuyển động. Có thể dùng năng lượng để tìm điểm dừng đầu tiên trong mô hình không hao phí.

Ví dụ tính từng bước

Lò xo treo đứng k = 100 N/m, tải 0,2 kg được giữ tại chiều dài tự nhiên rồi thả từ nghỉ, g = 10 m/s². Dãn cân bằng tĩnh mg/k = 0,02 m. Tại dãn cực đại đầu tiên, tốc độ bằng 0 và mgx = kx²/2, nghiệm khác 0 là x = 0,04 m.

Điểm dễ hiểu sai

Tại dãn cực đại, lực đàn hồi 4 N lớn hơn trọng lực 2 N nên gia tốc hướng lên, không phải cân bằng kéo dài.

Tự kiểm tra

Ở x = 0,04 m, thế năng đàn hồi 0,08 J đúng bằng công trọng lực 0,08 J từ lúc thả.

Điều kiện áp dụng

Bỏ cản, lò xo nhẹ và không vượt giới hạn; chỉ xét lần đi xuống đầu, không dùng công thức chu kỳ hay kiến thức dao động lớp sau.

Đọc hình minh họa

Ba trạng thái tải: lò xo tự nhiên, vị trí cân bằng 2 cm và dãn cực đại đầu 4 cm; chiều lực tại cực đại rõ ràng. 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