Bật một lực không đổi lên con lắc: biên độ tính từ cân bằng mới

Vật lý 11 · Ôn tập kiến thức THPT

Lực không đổi F làm cân bằng của lò xo dịch F/k. Nếu vật đang đứng ở cân bằng cũ rồi lực được bật và giữ, nó bắt đầu từ biên của dao động quanh cân bằng mới, không đứng yên ngay tại vị trí mới.

Con lắc ngang, m=0,10kg,k=10N/m, ban đầu lò xo không biến dạng,vật đứng yên. Bật lực0,50N theo chiều kéo dãn, giữ lực không đổi; bỏ ma sát và giữ lò xo trong giới hạn đàn hồi. Gọi q là độ dãn từ vị trí ban đầu.

Cân bằng mới có kq_c=F, nên q_c=0,050m. Đặt x=q−q_c, lực tổng F−kq=−kx. Do đó ω=√(k/m)=10rad/s. Ban đầu x=-0,050m,v=0, nên biên độ quanh cân bằng mới A=0,050m, trong khi độ dãn lớn nhất q_max=q_c+A=0,100m.

Kiểm bằng năng lượng ở biên xa: lực ngoài thực hiện công Fq_max=0,050J; thế năng đàn hồi tại đó (1/2)kq_max²=0,050J,v=0. Không bảo toàn riêng động năng cộng thế năng đàn hồi cũ trong khi lực ngoài vẫn đang làm công.

Tự luyện: F=0,20N, giữ k,m,điều kiện thả như trên. Cân bằng mới0,020m,biên độ0,020m,độ dãn lớn nhất0,040m; ω vẫn10rad/s. Tăng lực không đổi thay cân bằng và biên độ của cách kích thích, không tự đổi tần số riêng trong mô hình lò xo tuyến tính.

Nếu lực được tăng rất chậm, vật có thể đi gần theo cân bằng và không có biên độ như khi bật đột ngột. Nếu vật đã có vận tốc ban đầu, A phải tìm từ cả li độ đối với cân bằng mới và vận tốc. Ghi rõ gốc tọa độ, cách bật lực và trạng thái đầu tránh nhầm độ dãn lò xo với li độ dao động; hai đại lượng chỉ trùng khi gốc đặt đúng theo câu hỏi.

Đọc tiếp: Li độ và vận tốc · Mốc thế năng đàn hồi.