Một con lắc lò xo đặt thẳng đứng gồm lò xo nhẹ có độ cứng \(k = 100\,N/m\) và vật nhỏ \({m_1}\) khối lượng \(200\,g\). Một đầu lò xo gắn chặt vào sàn. Ban đầu, giữ \({m_1}\) ở vị trí lò xo nén \(12\,cm\) (trong giới hạn đàn hồi của lò xo) rồi đặt thêm vật nhỏ \({m_2}\) có khối lượng cũng bằng \(200\,g\) lên trên \({m_1}\) như hình bên. Thả nhẹ để các vật bắt đầu chuyển động theo phương thẳng đứng. Vào thời điểm \({t_1}\), vật \({m_2}\) rời khỏi \({m_1}\) chuyển động thẳng đứng lên trên, sau khi rời m₁, m₂ chuyển động ném lên đạt độ cao cực đại vào thời điểm \({t_2}\). Khoảng cách giữa 2 vật tại thời điểm \({t_2}\) có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây?

GĐ1: Hai vật cùng dao động từ M lên đến vị trí tự nhiên

Tại vtcb O nén \(\Delta {l_0} = \frac{{\left( {{m_1} + {m_2}} \right)g}}{k} = \frac{{\left( {0,2 + 0,2} \right).10}}{{100}} = 0,04m = 4cm\)

\(A = 12 - 4 = 8cm\)

\(\omega = \sqrt {\frac{k}{{{m_1} + {m_2}}}} = \sqrt {\frac{{100}}{{0,2 + 0,2}}} = 5\sqrt {10} \) (rad/s)

\(v = \omega \sqrt {{A^2} - \Delta l_0^2} = 5\sqrt {10} .\sqrt {{8^2} - {4^2}} = 20\sqrt {30} \) (cm/s)

GĐ2: Tại vttn thì lực đàn hồi hướng xuống nên vật m₂ tách khỏi m₁

*Vật m₂ bị ném lên thẳng đứng đến khi dừng lại lần đầu thì \(t = \frac{v}{g} = 0,02\sqrt {30} s\)

*Vật m₁ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng mới O₁ nén

\(\Delta {l_1} = \frac{{{m_1}g}}{k} = \frac{{0,2.10}}{{100}} = 0,02m = 2cm\) và \({\omega _1} = \sqrt {\frac{k}{{{m_1}}}} = \sqrt {\frac{{100}}{{0,2}}}  = 10\sqrt 5 \) (rad/s)

\({A_1} = \sqrt {\Delta l_1^2 + {{\left( {\frac{v}{{{\omega _1}}}} \right)}^2}} = \sqrt {{2^2} + {{\left( {\frac{{20\sqrt {30} }}{{10\sqrt 5 }}} \right)}^2}} = 2\sqrt 7 cm\)

Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng mới O₁, chiều dương hướng lên

\[\left\{ \begin{array}{l}{x_1} = {A_1}\cos \left( {{\omega _1}t - \arccos \frac{{\Delta {l_1}}}{{{A_1}}}} \right) = 2\sqrt 7 \cos \left( {10\sqrt 5 .0,02\sqrt {30} - \arccos \frac{2}{{2\sqrt 7 }}} \right) \approx 1,5865cm\\{x_2} = \Delta {l_1} + vt - \frac{1}{2}g{t^2} = 2 + 20\sqrt {30} .0,02\sqrt {30} - \frac{1}{2}.1000.{\left( {0,02\sqrt {30} } \right)^2} = 8cm\end{array} \right.\]

\({x_2} - {x_1} = 8 - 1,5865 = 6,4135cm\). Chọn B