Vì sao vật nén lò xo đến cực đại có vận tốc bằng không nhưng vẫn có gia tốc?

Giải thích nguyên lý

Vận tốc bằng không tại một thời điểm không chứng tỏ hợp lực bằng không. Khi xe đang nén lò xo trên mặt ngang nhẵn đến cực đại, lò xo vẫn đẩy xe trở lại. Điểm dừng tức thời là nơi động năng đã chuyển thành thế năng đàn hồi, không phải vị trí cân bằng lực. Ngay sau đó xe có thể chuyển động ngược chiều.

Ví dụ tính từng bước

Xe 0,20 kg chạy 2 m/s vào lò xo k = 80 N/m, bỏ qua ma sát. Động năng ban đầu 0,40 J. Từ 0,5kx² = 0,40 suy ra x = 0,10 m. Lực đàn hồi tại đó 8 N hướng ngược chiều nén. Gia tốc có độ lớn 8/0,20 = 40 m/s², dù vận tốc tức thời bằng 0.

Điểm dễ hiểu sai

Không áp dụng điều kiện cân bằng F = 0 chỉ vì hình chụp cho thấy xe dừng. Không vẽ mũi tên vận tốc khác không tại cực đại.

Tự kiểm tra

Khi lò xo chỉ nén 0,05 m, lực đàn hồi bằng bao nhiêu? Đáp án: 4 N.

Điều kiện áp dụng

Lò xo nhẹ, giới hạn đàn hồi chưa bị vượt, xe chuyển động một chiều; không dùng công thức chu kì dao động lớp sau.

Đọc hình minh họa

Hai thời điểm riêng của xe và cùng lò xo gắn tường: lúc vừa chạm, lò xo tự nhiên; lúc nén 0,10 m, xe dừng tức thời nhưng lực 8 N hướng trái. Lò xo nối đúng với đầu xe ở cả hai trạng thái. Hình minh họa định tính; các đại lượng đọc theo nhãn, riêng đồ thị theo đơn vị và mốc trục.

Học tiếp

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