Câu hỏi:
Một vật dao động điều hoà, khi vật có li độ 4 cm thì vận tốc là \(30\pi \,cm/s,\) còn khi vật có li độ 3 cm thì vận tốc là \(40\pi \,cm/s.\) Biên độ và tần số của dao động bằng bao nhiêu?
Trả lời:
Đáp án đúng:
Ta có công thức liên hệ giữa li độ, vận tốc và biên độ:
$9(A^2 - 9) = 16(A^2 - 16) \Rightarrow 9A^2 - 81 = 16A^2 - 256 \Rightarrow 7A^2 = 175 \Rightarrow A^2 = 25 \Rightarrow A = 5 \,\text{cm}$
Thay $A = 5$ vào phương trình $(30\pi)^2 = \omega^2(5^2 - 4^2) = 9\omega^2$ ta được:
$(30\pi)^2 = 9\omega^2 \Rightarrow \omega^2 = \frac{(30\pi)^2}{9} \Rightarrow \omega = \frac{30\pi}{3} = 10\pi \,\text{rad/s}$
Vậy $f = \frac{\omega}{2\pi} = \frac{10\pi}{2\pi} = 5 \,\text{Hz}$.
- $v^2 = \omega^2(A^2 - x^2)$
- $(30\pi)^2 = \omega^2(A^2 - 4^2)$
- $(40\pi)^2 = \omega^2(A^2 - 3^2)$
$9(A^2 - 9) = 16(A^2 - 16) \Rightarrow 9A^2 - 81 = 16A^2 - 256 \Rightarrow 7A^2 = 175 \Rightarrow A^2 = 25 \Rightarrow A = 5 \,\text{cm}$
Thay $A = 5$ vào phương trình $(30\pi)^2 = \omega^2(5^2 - 4^2) = 9\omega^2$ ta được:
$(30\pi)^2 = 9\omega^2 \Rightarrow \omega^2 = \frac{(30\pi)^2}{9} \Rightarrow \omega = \frac{30\pi}{3} = 10\pi \,\text{rad/s}$
Vậy $f = \frac{\omega}{2\pi} = \frac{10\pi}{2\pi} = 5 \,\text{Hz}$.
Câu hỏi này thuộc đề thi trắc nghiệm dưới đây, bấm vào Bắt đầu thi để làm toàn bài
Câu hỏi liên quan
Câu 26:
Một chất điểm dao động điều hòa có đồ thị li độ như hình vẽ. Tìm phương trình dao động của vật?
Lời giải:
Đáp án đúng:
Từ đồ thị ta có:
- Biên độ A = 4 cm
- Chu kì T = 0.5 s => ω = \frac{2\pi}{T} = 4\pi rad/s
- Tại t = 0: x = 2 cm và vật đang đi theo chiều âm nên 2 = 4cos(φ) => cos(φ) = \frac{1}{2} => φ = ± \frac{\pi}{3}. Vì vật đi theo chiều âm nên φ > 0, suy ra φ = \frac{\pi}{3}
Lời giải:
Đáp án đúng:
Biên độ dao động của con lắc là: $A = \frac{40}{4} = 10$ cm.
Khi động năng gấp 3 lần thế năng, ta có:
$\frac{1}{2}mv^2 = 3.\frac{1}{2}kx^2$
$\frac{1}{2}m\omega^2(A^2 - x^2) = 3.\frac{1}{2}k x^2$
$k(A^2 - x^2) = 3kx^2$
$A^2 - x^2 = 3x^2$
$A^2 = 4x^2$
$x^2 = \frac{A^2}{4}$
$x = \pm \frac{A}{2} = \pm \frac{10}{2} = \pm 5$ cm.
Vậy li độ của vật là 5 cm.
Khi động năng gấp 3 lần thế năng, ta có:
$\frac{1}{2}mv^2 = 3.\frac{1}{2}kx^2$
$\frac{1}{2}m\omega^2(A^2 - x^2) = 3.\frac{1}{2}k x^2$
$k(A^2 - x^2) = 3kx^2$
$A^2 - x^2 = 3x^2$
$A^2 = 4x^2$
$x^2 = \frac{A^2}{4}$
$x = \pm \frac{A}{2} = \pm \frac{10}{2} = \pm 5$ cm.
Vậy li độ của vật là 5 cm.
Lời giải:
Đáp án đúng:
Ta có:
- Chiều dài quỹ đạo là $L = 2A = 4 \, \text{cm} \Rightarrow A = 2 \, \text{cm} = 0.02 \, \text{m}$.
- Tần số góc $\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{1} = 2\pi \, \text{rad/s}$.
- Thế năng của vật tại vị trí $\alpha = \frac{\alpha_0}{2}$ là: $W_t = \frac{1}{2} m \omega^2 x^2 = \frac{1}{2} m \omega^2 (\frac{A}{2})^2 = \frac{1}{8} m \omega^2 A^2 = \frac{1}{8} \cdot 0.2 \cdot (2\pi)^2 \cdot (0.02)^2 = 4 \cdot 10^{-4} \, \text{J}$.
Lời giải:
Đáp án đúng: B
Chu kì dao động điều hòa là thời gian vật thực hiện một dao động toàn phần.
Lời giải:
Đáp án đúng: C
Trong dao động điều hòa, vật đổi chiều chuyển động tại các vị trí biên. Tại vị trí biên, vận tốc bằng 0, do đó gia tốc có độ lớn cực đại và hướng về vị trí cân bằng. Lực tác dụng lên vật cũng có độ lớn cực đại và hướng về vị trí cân bằng.
Vật đổi chiều khi lực tác dụng đổi chiều.
Vật đổi chiều khi lực tác dụng đổi chiều.
