Một lò xo được đặt thẳng đứng, đầu dưới cố định, đầu trên đỡ một vật khối lượng 8 kg. Bỏ qua khối lượng của lò xo và lực cản của không khí.
a) Khi hệ vật nằm cân bằng tại vị trí O, lò xo bị nén một đoạn 10 cm. Xác định độ cứng của lò xo. Lấy g ≈ 10 m/s2.
b) Ấn vật xuống phía dưới tới vị trí A để lò xo bị nén thêm 30 cm, rồi buông nhẹ tay thả cho vật chuyển động. Xác định thế năng đàn hồi của lò xo tại vị trí A và độ cao lớn nhất mà vật đạt tới so với vị trí A.
Giải bởi Vietjack
Hệ vật "lò xo - vật - Trái Đất" là hệ cô lập (do không chịu ngoại lực tác dụng) nên cơ năng của hệ vật bảo toàn.
Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí A làm mốc tính thế năng trọng trường (Wt = 0) và chọn vị trí lò xo không bị biến dạng làm mốc thế năng đàn hồi (Wđh = 0). Khi đó cơ năng của hệ vật tại vị trí bất kì có giá trị bằng tổng của động năng Wđ thế năng trọng trường Wt và thế năng đàn hồi Wđh :
W = Wđ + Wt + Wdh =
a. Tại vị trí cân bằng O : hệ vật đứng yên, lò xo bị nén một đoạn Δl0 =10 cm và lực đàn hồi Fđh cân bằng với trọng lực P tác dụng lên vật :
kΔl0= mg
⇒ kΔl0 = mg ⇒ k =
b. Tại vị trí A, lò xo bị nén một đoạn Δl = (10 + 30).10-2 = 40.10-2 m, vật có động năng Wđ(A) = 0 và thế năng trọng trường Wt(A) = 0, nên cơ năng của hệ vật tại A đúng bằng thế năng đàn hồi của lò xo :
W(A) = Wdh(A) = = 800.(40.10-2)2 = 64(J)
Khi buông nhẹ tay để thả cho vật từ vị trí A chuyển động lên phía trên tới vị trí B cách A một đoạn Δl = 40 cm, tại đó lò xo không bị biến dạng, thế năng đàn hồi Wđh = 0. Sau đó, vật tiếp tục chuyển động từ vị trí B lên tới vị
trí C có độ cao hmax = BC, tại đó vật có vận tốc vC = 0 và động năng Wđ (C) = 0, nên cơ năng của hệ vật tại C bằng :
W(C) = mg(Δl + hmax) +
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho chuyển động của hệ vật từ vị trí A qua vị trí B tới vị trí C, ta có :
W(C) = W(B) = W(A) ⇒ mg(Δl + hmax) += 64
Thay số, ta tìm được độ cao hmax = BC :
8.10.(40.10-2 + hmax) + 800.null + 10h - 4 = 0
Phương trình này có nghiệm số dương : hmax = BC = 20 cm.
Như vậy, độ cao lớn nhất mà vật đạt tới so với vị trí A bằng :
Hmax = AB + BC = 40 + 20 = 60 cm
Gói VIP thi online tại VietJack (chỉ 400k/1 năm học), luyện tập gần 1 triệu câu hỏi có đáp án chi tiết
Một vật khối lượng 10 kg đang đứng yên chịu tác dụng một lực 5 N theo phương ngang. Xác định :
a) Công của lực trong giây thứ nhất, giây thứ hai và giây thứ ba.
b) Công suất tức thời của lực tại giây thứ tư. Cho biết công suất tức thời tính theo công thức : P = Fv, với F là lực tác dụng và v là vận tốc tức thời của vật.
Hai vật nặng có khối lượng lần lượt là m1 = 2 kg và m2 = 1 kg được móc vào hai đầu của một sợi dây vắt ngang qua một ròng rọc : vật m1 treo thẳng đứng, vật m2 nằm trên mặt phẳng nghiêng một góc α = 30o như hình IV.2. Ban đầu hệ vật được giữ đứng yên, sau đó thả nhẹ cho hệ vật chuyển động. Bỏ qua lực ma sát, lực cản, khối lượng của ròng rọc và dây treo. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định động năng của hệ vật khi vật m1 đi xuống phía dưới được một đoạn 50 cm.
Một lò xo có độ cứng 500 N/m nằm ngang, một đầu gắn cố định, đầu còn lại gắn với một vật khối lượng 200 g. Cho vật trượt trên một mặt phẳng ngang không ma sát. Khi vật đi qua vị trí cân bằng (lò xo không biến dạng), vật có động năng bằng 3,6 J. Xác định :
a) Vận tốc của vật tại vị trí cân bằng.
b) Công suất của lực đàn hồi tại vị trí lò xo bị nén 10 cm và vật đang rời xa vị trí cân bằng.
Xác định lực đẩy trung bình của hơi thuốc súng tác dụng lên một đầu đạn ở trong nòng súng trường, biết rằng đầu viên đạn có khối lượng 10 g, chuyển động trong nòng súng nằm ngang trong khoảng thời gian 0,001 s, với vận tốc đầu bằng không và vận tốc tại đầu nòng súng là 865 m/s.
Để xác định vận tốc của đầu đạn người ta dùng con lắc thủ đạn, gồm một hộp đựng cát khối lượng M được treo vào một sợi dây l. Khi được bắn, đầu đạn khối lượng m bay theo phương nằm ngang, cắm vào cát và nâng hộp cát lên cao thêm một đoạn h so với vị trí cân bằng (H.IV.1). Vận tốc của đầu đạn là:
Một vật khối lượng 200 g được ném thẳng đứng từ độ cao 15 m xuống đấi với vận tốc đầu là 5 m/s. Khi chạm đất, vật xuyên sâu vào đất 5 cm và nằm yên tại đó. Lấy g ≈10 m/s2. Bỏ qua lực cản của không khí. Xác định lực cản trung bình của đất tác dụng lên vật.
Một vật khối lượng 500 kg móc ở đầu sợi dây cáp của một cần cẩu và được kéo thẳng đứng từ mặt đất lên phía trên với sức căng không đổi. Khi tới độ cao 4,5 m thì vật đạt được vận tốc 0,60 m/s.
a) Xác định lực căng của sợi dây cáp. Lấy g = 9,8 m/s2.
b) Nếu sợi dây cáp chỉ chịu được lực căng tối đa là 6000 N, thì ở cùng độ cao nêu trên vật có thể đạt được vận tốc bằng bao nhiêu ?
Một quả bóng khối lượng 0,20 kg đang bay với vận tốc 5,0 m/s tới đập vuông góc với mặt bức tường thẳng đứng trong khoảng thời gian 0,1 s. Ngay sau va đập, quả bóng bị bật ngược lại với cùng độ lớn của vận tốc đầu. Xác định độ lớn của lực do bức tường tác dụng vào quả bóng khi va đập.
Ba quả bóng được ném đi từ cùng một độ cao với vận tốc đầu có cùng độ lớn nhưng theo ba hướng khác nhau : 1. lên cao; 2. nằm ngang; 3. xuống thấp. Nếu gọi vận tốc của ba quả bóng ngay trước khi chạm đất là v1, v2, v3 và bỏ qua sức cản của không khí thì
Một ô tô đang chạy với vận tốc 60 km/h trên đoạn đường phẳng ngang thì hãm phanh và tiếp tục chạy thêm được quãng đường dài 10 m. Coi lực ma sát giữa lốp ô tô và mặt đường khi hãm phanh là không đổi. Nếu trước khi hãm phanh, ô tô đang chạy với vận tốc 100 km/h thì ô tô sẽ tiếp tục chạy thêm được quãng đường dài bao nhiêu ?
Một hộp đựng đầy cát khối lượng 2,5 kg được treo bằng sợi dây dài có đầu trên gắn với giá đỡ tại điểm O như hình IV.2. Khi bắn viên đạn theo phương ngang thì đầu đạn có khối lượng 20 g bay tới xuyên vào hộp cát, đẩy hộp cát chuyển động theo một cung tròn, làm cho trọng tâm của hộp cát nâng cao thêm 0,2 m so với vị trí cân bằng của nó. Bỏ qua lực cản, lực ma sát và khối lượng của dây treo. Xác định vận tốc của đầu đạn trước khi xuyên vào hộp cát. Lấy g = 9,8 m/s2.
