Vật m1 = 0,1 kg được treo vào một sợi dây nhẹ, không co dãn có chiều dài l = 1 m tại nơi có g = 10 m/s². Ban đầu vật m1 đứng yên tại vị trí cân bằng thì vật m2 = 0,3 kg chuyển động với vận tốc v2 = 8 m/s theo phương ngang đến va chạm đàn với vật m1. Hỏi sau khi va chạm độ cao lớn nhất vật m1 lên được là bao nhiêu? lực căng nhỏ nhất của dây treo là bao nhiêu? lực căng lớn nhất của dây treo là bao nhiêu?
Đáp án:
`h_[max] = 2 (m)`
`T_[min] = 9,4 (N)`
`T_[max] = 15,4 (N)`
Giải thích các bước giải:
`m_1 = 0,1 (kg)`
$v_1 = 0$
`l = 1 (m)`
$g = 10(m/s^2)$
$m_2 = 0,3(kg)$
$v_2 =8(m/s)$
Gọi vận tốc của vật `m_1,m_2` ngay sau khi khi va chạm đàn hồi lần lượt là `vecv_1', vecv_2'`.
Bảo toàn động lượng:
`m_1 vecv_1 + m_2 vecv_2 = m_1 vecv_1' + m_2 vecv_2'`
`=> m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m-2 v_2' (1)`
Bảo toàn động năng:
`1/2 m_1 v_1^2 + 1/2 m_2 v_2^2 = 1/2 m_1 v_1'^2 + 1/2 m_2 v_2'^2` `(2)`
Từ `(1),(2)`, ta có:
`v_1' = [(m_1 - m_2) v_1 + 2m_2 v_2]/[m_1 + m_2] = [(0,1 - 0,3).0 + 2.0,3.8]/[0,1 + 0,3] = 12` $(m/s)$
`v_2' = [(m_2 - m_1) v_2 + 2m_1 v_1]/[m_1 + m_2] = [(0,3 - 0,1).8 + 2.0,1.0]/[0,1 + 0,3] = 4` $(m/s)$
Sau va chạm, khi vật `m_1` lên độ cao lớn nhất `h_[max](m)` so với VTCB.
Áp dụng định lí động năng:
`0 - 1/2 m_1v_1'^2 = A_P = - m_1gh_[max]`
`<=> h_[max] = [v_1^2]/[2g] = [12^2]/[2.10] = 7,2 (m) > 2l = 2 (m)`
`to` Vật `m_1` có thể xoay vòng tròn quanh điểm cố định, độ cao lớn nhất của vật `m_1` đạt được là `h_[max] =2l = 2 (m)`.
Khi dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc `alpha`, vật `m_1` có tốc độ là $v (m/s)$.
Áp dụng định lí động năng:
`1/2 m_1v^2 - 1/2 m_1v_1'^2 = A_P = - m_1gl(1 - cos alpha)`
`<=> [m_1v^2]/l = [m_1v_1'^2]/l - 2m_1g(1 - cos alpha)`
Áp dụng định lí II Newton:
`veca_[ht] = [vecP + vecT]/m_1`
`<=> vecP + vecT = m_1veca_[ht]`
Theo phương song song với sợi dây:
`T - P cos alpha = m_1a_[ht] = [m_1v^2]/l`
`<=> T = m_1g cos alpha + [m_1v_1'^2]/l - 2m_1g(1 - cos alpha)`
`= [mv_1'^2]/l + m_1g(3 cosalpha - 2)`
Lực căng nhỏ nhất khi: `alpha = 180^o`
`to T_[min] = [0,1.12^2]/1 + 0,1.10.(3 cos180^o - 2) = 9,4 (N)`
Lực căng lớn nhất khi: `alpha = 0^o`
`to T_[max] = [0,1.12^2]/1 + 0,1.10.(3 cos0^o - 2) = 15,4 (N)`
Vật lý học là môn khoa học tự nhiên tập trung vào sự nghiên cứu vật chất và chuyển động của nó trong không gian và thời gian, cùng với những khái niệm liên quan như năng lượng và lực. Vật lý học là một trong những bộ môn khoa học lâu đời nhất, với mục đích tìm hiểu sự vận động của vũ trụ. Hãy khám phá và hiểu rõ những quy luật tự nhiên xung quanh chúng ta!
Lớp 10 - Năm đầu tiên ở cấp trung học phổ thông, chúng ta sẽ có nhiều bạn bè mới đến từ những nơi khác nhau. Ngôi trường mới, xa nhà hơn, mở ra một thế giới mới với nhiều điều thú vị. Hãy mở lòng đón nhận và tận hưởng những trải nghiệm mới!
Copyright © 2021 HOCTAPSGK