Hãy đăng ký thành viên để có thể dễ dàng hỏi bài, trao đổi, giao lưu và chia sẻ về kiến thức
  1. Thủ thuật: Nếu muốn tìm lời giải một câu vật lý trên Google, bạn hãy gõ: tanggiap + câu hỏi.
    Dismiss Notice

Nâng cao Bài toán va chạm của con lắc lò xo trong dao động điều hòa

Thảo luận trong 'Bài 2: Con lắc lò xo' bắt đầu bởi Doremon, 13/11/14.

  1. Doremon

    Doremon Moderator Thành viên BQT

    Tham gia ngày:
    29/9/14
    Bài viết:
    1,299
    Đã được thích:
    210
    Điểm thành tích:
    63
    Giới tính:
    Nam
    I. Cơ sở lý thuyết.

    1. Động lượng.
    a) Định nghĩa:
    Động lượng là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của vật và được đo bằng tích số giữa khối lượng với vận tốc của vật đó. Động lượng là đại lượng véc tơ.

    Biểu thức: $\overrightarrow p = m\overrightarrow v $
    Đặc điểm:
    • Là đại lượng có hướng, luôn cùng hướng với véc tơ vận tốc.
    • Phụ thuộc vào hệ quy chiếu.
    • Đơn vị: Kg.m/s
    b) Động lượng của một hệ vật.
    • Xét hệ vật gồm các vật: ${m_1};\,{m_2};\,{m_3};...$
    • Động lượng của hệ là: $\overrightarrow p = \overrightarrow {{p_1}} + \overrightarrow {{p_2}} + \overrightarrow {{p_3}} + ...$
    c) Hệ kín:
    Là hệ mà các vật trong hệ chỉ tương tác với nhau, không tương tác với cácvật bên ngoài hệ.(Tương tác - biểu thị cả về mặt tác dụng lực, cả về mặt trao đổi năng lượng).
    Các trường hợp coi hệ là hệ kín:
    • Trong các vụ va chạm, thời gian xảy ra va chạm cực nhỏ.
    • Trong các vụ nổi, nội lực rất lớn so với goại lực.
    • Vật hay hệ vật chịu tác dụng của nhiều ngoại lực nhưng tổng các ngoại lực bằng không.
    • Theo một phương nào đó hệ không chịu tác dụng của ngoại lực nào, hoặc các ngoại lực cân bằng nhau thì theo phương đó hệ xem là hệ kín.
    d. Định luật bảo toàn Động lượng
    Trong một hệ kín tổng động lượng của hệ được bảo toàn: ${P_{hệ }} = {\mathop{\rm co}\nolimits} nst$

    2. Định luật bảo toàn cơ năng.
    a) Định lý biến thiên động năng

    Độ biến thiên động năng của một vật hay hệ vật bằng công của tất cả các ngoại lực tác dụng lên vật.
    $\Delta {W_đ } = {W_{đ2}} - {W_{đ1}} = {A_{ngoạilực}}$
    b) Định lý biến thiên thế năng
    Công của lực thế tác dụng lên vật hay hệ vật bằng độ giảm thế năng của vật hay hệ vật đó.
    $\Delta {W_t} = {W_{t1}} - {W_{t2}} = {A_{lực\,thế }}\left( 1 \right)$

    Chú ý: Lực thế là lực mà công của nó không phụ thuộc vào dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào toạ độ điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo. Lực hấp dẫn, Lực đàn hồi, lực tỉnh điện là những lực thế. Lực ma sát không phải là lực thế(Lực không thế- KL)

    c) Định lý biến thiên cơ năng
    Xét một vật chịu tác dụng của hai loại lực: Lực thế và không thế.
    Theo định lý biến thiên động năng ta có:
    $\Delta {W_đ } = {W_{đ2}} - {W_{đ1}} = {A_{ngoại\,lực}} = {A_{lực\,thế}} + {A_{kt}}\left( 2 \right)$
    Thay (2) vào (1) ta được:
    $\begin{array}{l}
    {W_{đ2}} - {W_{đ1}} = {W_{t1}} - {W_{t2}} + {A_{kt}}\\
    \to {A_{kt}} = \left( {{W_{đ2}} + {W_{t2}}} \right) - \left( {{W_{t1}} + {W_{đ1}}} \right) = {W_2} - {W_1} = \Delta W\left( 3 \right)
    \end{array}$
    Kết luận: Độ biến thiên cơ năng bằng công của lực không phải là lực thế.

    d) Định luật bảo toàn cơ năng
    Nếu vật chỉ chịu tác dụng của lực thế từ (3) ta có: $\Delta W = {W_2} - {W_1} = 0 \to {\rm{W}} = 0$
    Kết luận: Cơ năng được bảo toàn.

    3. Các loại va chạm
    Có hai loại va chạm: Va chạm hoàn toàn đàn hồi và va chạm mềm(Va chạm không hoàn toàn đàn hồi không xét).
    • Va chạm hoàn toàn đàn hồi: Là va chạm trong đó động năng của hệ va chạm được bảo toàn.
    • Va chạm mềm: là va chạm, sau đó hai vật gắn chặt vào nhau và chuyển động cùng vận tốc(coi như một vật đồng nhất)
    a) Va chạm mềm
    • Định nghĩa: Va chạm mềm là sau khi hai vật va chạm thì chúng dính vào nhau có khối lượng m1 + m2 và cùng chuyển động về một phía.
    • Theo định luật bảo toàn động lượng:
    $\overrightarrow {{p_1}} + \overrightarrow {{p_2}} = \overrightarrow p \to {m_1}\overrightarrow {{v_1}} + {m_2}\overrightarrow {{v_2}} = \left( {{m_1} + {m_2}} \right)\overrightarrow v \to {m_1}{v_1} + {m_2}{v_2} = \left( {{m_1} + {m_2}} \right)v$​
    Lưu ý: Không có định luật bảo toàn động năng.

    b) Va chạm đàn hồi xuyên tâm
    • Định nghĩa: Va chạm đàn hồi là sau khi va chạm hai vật chuyển động độc lập với nhau.
    • Định luật bảo toàn
    [​IMG]


    II. Ví dụ vận dụng

    Câu 1. Cơ hệ dao động như hình vẽ gồm một vật M = 200g gắn vào lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể. Vật M có thể trượt không ma sát trên mặt ngang. Hệ ở trạng thái cân bằng người ta bắn một vật m = 50g theo phương ngang với vận tốc v$_0$ = 2(m/s) đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với M. Sau va chạm, vật M dao động điều hoà, chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo là 28cm và 20cm. Tính chu kỳ dao động của M.
    [​IMG]
    A. 0,314 s.
    B. 2 s.
    C. 1 s.
    D. 4s
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn A.

    Câu 2.Một vật M có khối lượng 300 g được treo ở đầu một lò xo nhẹ có độ cứng k = 100 N/m, đầu còn lại của lò xo mắc vào một giá cố định. Lấy g = 10m/s$^2$. Khi vật M đang đứng yên, một vật m có khối lượng 200 g bay theo phương thẳng đứng từ dưới lên với tốc độ 1 m/s, tới va chạm với M; sau va chạm hai vật dính vào nhau và cùng dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Biên độ dao động và động năng cực đại của hệ lần lượt là
    A. 2√2 cm và 40 mJ.
    B. 5√2 cm và 0,25 J.
    C. 2√3 cm và 60 mJ.
    D. 4√3 cm và 0,24 J.
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn C
    .

    Câu 3.Một vật có khối lượng m = 150g được treo vào một lò xo nhẹ có độ cứng k = 100N/m đang đứng yên ở vị trí cân bằng (VTCB) của nó thì có một vật nhỏ khối lượng m0 = 100g bay theo phương thẳng đứng lên va chạm tức thời và dính vào m với tốc độ ngay trước va chạm là v0 = 50cm/s. Sau va chạm hệ dao động điều hòa với biên độ là
    A. $2\sqrt 2 $ cm.
    B. 1cm.
    C. $\sqrt 2 $ cm.
    D. 2 cm
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn C
    .

    Câu 4. Một con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát, có độ cứng lò xo k = 1,6 N/m và khối lượng vật nặng m = 100 g. Ban đầu giữ vật m ở vị trí mà lò xo bị nén 6 cm so với vị trí cân bằng. Tại vị trí cân bằng đặt vật M = 200 g đứng yên. Buông nhẹ để vật m chuyển động và va chạm đàn hồi xuyên tâm với vật M. Sau và chạm, vật m dao động với biên độ là bao nhiêu?
    A. 4 cm.
    B. 2 cm.
    C. 3 cm.
    D. 8 cm.
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn B
    .

    Câu 5.Một con lắc lò xo nằm ngang có vật nhỏ khối lượng m, dao động điều hòa với biên độ 4 cm khi vật đến vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng thì một vật khác m' ( cùng khối lượng với vật m) rơi thẳng đứng và dính chặt vào vật m thì khi đó 2 vật tiếp tục dao động điều hòa với biên độ là
    A. √5 cm.
    B. 2√2 cm.
    C. √10 cm.
    D. 2√7 cm.
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn C
    .

    Câu 6.Một con lắc lò xo đặt nằm ngang gồm vật nặng M = 400g; lò xo có độ cứng k = 40N/m đang dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng với biên độ 5 cm. Khi M đi qua VTCB ta thả nhẹ vật m=100g dính chặt ngay với M. sau đó hệ M + m sẽ dao động với biên độ
    A. 2√5 cm.
    B. 4,25 cm.
    C. 3√2 cm.
    D. 2√2 cm.
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn A
    .

    Câu 7.Một lò xo có độ cứng k = 16N/m có một đầu được giữ cố định còn đầu kia gắn vào quả cầu khối lượng M =240 g đang đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang. Một viên bi khối lượng m = 10 g bay với vận tốc v$_0$ = 10m/s theo phương ngang đến gắn vào quả cầu và sau đó quả cầu cùng viên bi dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang. Bỏ qua ma sát và sức cản không khí. Biên độ dao động của hệ là
    A. 5cm
    B. 10cm
    C. 12,5cm
    D.2,5cm
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn B
    .

    Câu 8. Một con lắc lò xo đặt nằm ngang gồm vật M có khối lượng 400g và lò xo có hệ số cứng 40N/m đang dao động điều hòa xung quanh vị trí cân bằng với biên độ 5cm. Khi M qua vị trí cân bằng người ta thả nhẹ vật m có khối lượng 100g lên M (m dính chặt ngay vào M), sau đó hệ m và M dao động với biên độ
    A. 2√5 cm
    B. 4,25cm
    C. 3√2 cm
    D. 2√2 cm
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn A
    .

    Câu 9. Một con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang với chu kì T = 2π s, vật nặng là một quả cầu có khối lượng m$_1$. Khi lò xo có chiều dài cực đại và vật m1 có gia tốc – 2cm/s$^2$ thì một quả cầu có khối lượng m$_2$ = 0,5m$_1$ chuyển động dọc theo trục của lò xo đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với m1 và có hướng làm cho lò xo bị nén lại. Vận tốc của m$_2$ trước khi va chạm là 3√3 cm/s. Khoảng cách giữa hai vật kể từ lúc va chạm đến khi lò xo có độ dãn cực đại lần đầu tiên kể từ sau va chạm là
    A. 3,63 cm.
    B. 7,06 cm.
    C. 9,63 cm.
    D. 2,37 cm.
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn B
    .

    Câu 10.Một con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang với chu kỳ T = 2π (s), quả cầu nhỏ có khối lượng m1. Khi lò xo có độ dài cực đại và vật m1 có gia tốc là – 2(cm/s$^2$) thì một vật có khối lượng m$_2$ (m$_1$ = 2m$_2$ ) chuyển động dọc theo trục của lò xo đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với vật m$_1$, có hướng làm lò xo nén lại. Biết tốc độ chuyển động của vật m$_2$ ngay trước lúc va chạm là 3√3 (cm/s). Quãng đường mà vật m$_1$ đi được từ lúc va chạm đến khi vật m$_1$ đổi chiều chuyển động là
    A. 6 cm.
    B. 6,5 cm.
    C. 4 cm.
    D. 2 cm.
    Lời giải
    [​IMG]
    Chọn A
    .
     
    Last edited by a moderator: 28/7/15

    Bình Luận Bằng Facebook

  2. Trần Nguyên Trọng

    Trần Nguyên Trọng Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    22/10/14
    Bài viết:
    15
    Đã được thích:
    9
    Điểm thành tích:
    3
    Giới tính:
    Nam
    Quá hay thầy ơi, cảm ơn thầy ạ :)
     
  3. ngoha

    ngoha Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    28/2/15
    Bài viết:
    1
    Đã được thích:
    1
    Điểm thành tích:
    3
    Giới tính:
    Nữ
    Câu 7 e làm Đáp án là 5cm
     
    Tăng Giáp thích bài này.
  4. Tăng Giáp

    Tăng Giáp Administrator Thành viên BQT

    Tham gia ngày:
    16/11/14
    Bài viết:
    4,608
    Đã được thích:
    282
    Điểm thành tích:
    83
    Giới tính:
    Nam
    5 cm?
    Cách làm của em như thế nào?
     
    1. Hữu Đang
      Thầy ơi, em cũng nghĩ 5cm là đúng! thầy sai ở chỗ 8 bình phương bằng 16 nên kết quả bằng 100, còn nếu là 64 thì kết quả bằng 25. khai căn là là 5 ah!
       
      Hữu Đang, 29/9/19
      Tăng Giáp thích bài này.
    2. Tăng Giáp
      Ok em
       
      Tăng Giáp, 29/9/19
  5. Le Van Huu

    Le Van Huu Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    16/2/16
    Bài viết:
    23
    Đã được thích:
    5
    Điểm thành tích:
    3
    Giúp em bài này với @Tăng Giáp @Huy Hoàng @moon
    Một vật có khối lượng m = 150g được treo vào một lò xo nhẹ có độ cứng k = 100N/m đang đứng yên ở vị trí cân bằng (VTCB) của nó thì có một vật nhỏ khối lượng m0 = 100g bay theo phương thẳng đứng lên va chạm tức thời và dính vào m với tốc độ ngay trước va chạm là v0 = 50cm/s. Sau va chạm hệ dao động điều hòa với biên độ là
    A. 2√2 cm.
    B. 1cm.
    C. √2 cm.
    D. 2 cm
     
    xuka and Huy Hoàng like this.
  6. Huy Hoàng

    Huy Hoàng Guest

    Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: ${m_0}{v_0} = \left( {m + {m_0}} \right)v \to v = \frac{{{m_0}{v_0}}}{{m + {m_0}}} = 20cm/s$
    Khi đó hệ vật (m + m0) dao động điều hòa xung quanh vị trí cân bằng mời và lúc t = 0, $x = \frac{{{m_0}g}}{k} = 1cm$
    Áp dụng công thức độc lập: ${\left( {\frac{v}{\omega }} \right)^2} + {x^2} = {A^2} \to A = \sqrt {{{\left( {\frac{v}{\omega }} \right)}^2} + {x^2}} = \sqrt {\frac{{400}}{{\frac{k}{{m + {m_0}}}}} + {1^2}} = \sqrt 2 cm$
    Đáp án là C nhé
     
  7. xuka

    xuka Administrator Thành viên BQT

    Tham gia ngày:
    10/10/14
    Bài viết:
    353
    Đã được thích:
    35
    Điểm thành tích:
    28
    Giới tính:
    Nữ
    Muốn học tốt phần này, mình nghĩ là @Le Van Huu nên xem kĩ lại chương định luật bảo toàn ở lớp 10
     
  8. Lâm Trúc Ly

    Lâm Trúc Ly Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    30/3/16
    Bài viết:
    5
    Đã được thích:
    2
    Điểm thành tích:
    3
    Giới tính:
    Nữ
    Một vật có khối lượng m0= 100g bay theo phương ngang với vận tốc v0= 10m/s đến va chạm vào quả cầu của con lắc đơn có khối lượng m=900g.sau va chạm m0 dính vào quả cầu. Năng lượng dao động của con lắc đơn là
    Giúp e với
     
  9. Huy Hoàng

    Huy Hoàng Guest

    @Lâm Trúc Ly: đề không nói rõ là va chạm xảy ra khi quả nặng ở vị trí nào thì tính năng lượng dao động con lắc thế nào được?
     
    Lâm Trúc Ly thích bài này.
  10. Huy Hoàng

    Huy Hoàng Guest

    còn trường hợp con lắc đang đứng yên thì bị va chạm, bạn làm như sau:
    1. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng suy ra $v=\frac{m_{0}v_{0}}{m_{0}+m}$
    2. Năng lượng dao động của con lắc đơn là $W = W_{đ}=\frac{1}{2}(m+m_{0})v^{2}$
    3. Thay số vào là ra nha
     
    smileb1 and Lâm Trúc Ly like this.
  11. Lâm Trúc Ly

    Lâm Trúc Ly Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    30/3/16
    Bài viết:
    5
    Đã được thích:
    2
    Điểm thành tích:
    3
    Giới tính:
    Nữ
    Đề trích nguyên văn ạ
    Tks nha
     
  12. Nguyen Ngoc Tu

    Nguyen Ngoc Tu Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    17/6/16
    Bài viết:
    1
    Đã được thích:
    0
    Điểm thành tích:
    1
    Giới tính:
    Nam
    Thầy ơi giúp em với ạ ^^
    Cho con lắc lò xo k=40N/m, một đầu cố định, đầu kia gắn với vật M =300g, một vật m đặt tren vật M có khối lượng m=100g, bỏ qua mọi lực cản, cho g=10. Kích thích cho hệ dao động theo phương thẳng đứng, để hệ dao động với T=0,2pi (s) thì biên độ giao động của hệ có giá trị lớn nhất là ???
     
  13. qt1st

    qt1st Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    5/8/17
    Bài viết:
    1
    Đã được thích:
    0
    Điểm thành tích:
    1
    Giới tính:
    Nam
    [tex]555555^2[/tex]
     
  14. Ngô Đào

    Ngô Đào Mới đăng kí

    Tham gia ngày:
    20/4/19
    Bài viết:
    2
    Đã được thích:
    0
    Điểm thành tích:
    1
    Giới tính:
    Nữ
    Thầy giúp em câu này với ạ
    Một con lắc lò xo nằm ngang gồm vật m =100g và lò xo có hệ số cứng 100N/m. Từ VTCB truyền cho vật vận tốc 40pi cm/s theo phương của trục lò xo cho vật dao động điều hoà . Tại thời điểm t=0.15s giữ cố định điểm chính giữa của lò xo . Vật tiếp tục dao động với biên độ
    A:2 căn 2 B 4 căn 2. C 4 D 2
     

Chia sẻ trang này