Một con lắc đơn dao động với biên độ \({\alpha _0} < \frac{\pi }{2}\), có mốc thế năng được chọn tại vị trí cân bằng của vật nặng. Gọi độ lớn vận tốc của vật nặng khi động năng bằng thế năng là v₁, khi độ lớn của lực căng dây treo bằng trọng lực tác động lên vật là v₂. Tỉ số \(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}\) có giá trị nào sau đây?

+ Khi động năng bằng thế năng: \[{W_t} = {W_d} \Rightarrow {W_t} = W - {W_t}\]

\[ \Leftrightarrow mg\ell .\left( {1 - \cos {\alpha _1}} \right) = mg\ell .\left( {1 - \cos {\alpha _0}} \right) - mg\ell .\left( {1 - \cos {\alpha _1}} \right)\]

\[ \Leftrightarrow 1 - \cos {\alpha _1} = \cos {\alpha _1} - \cos {\alpha _0}\]

\[ \Leftrightarrow \cos {\alpha _1} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2}.\cos {\alpha _0}\]

+ Khi độ lớn của lực căng dây treo bằng trọng lực tác dụng lên vật:

\[mg.\left( {3\cos {\alpha _2} - 2\cos {\alpha _0}} \right) = mg\]\[ \Leftrightarrow 3\cos {\alpha _2} - 2\cos {\alpha _0} = 1 \Leftrightarrow \cos {\alpha _2} = \frac{1}{3} + \frac{2}{3}.\cos {\alpha _0}\]

+ Khi đó: \[\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = \frac{{\sqrt {2g\ell \left( {\cos {\alpha _1} - \cos {\alpha _0}} \right)} }}{{\sqrt {2g\ell \left( {\cos {\alpha _2} - \cos {\alpha _0}} \right)} }} = \sqrt {\frac{{\cos {\alpha _1} - \cos {\alpha _0}}}{{\cos {\alpha _2} - \cos {\alpha _0}}}} \]

\[ = \sqrt {\frac{{\frac{1}{2} + \frac{1}{2}.\cos {\alpha _0} - \cos {\alpha _0}}}{{\frac{1}{3} + \frac{2}{3}.\cos {\alpha _0} - \cos {\alpha _0}}}} = \sqrt {\frac{{\frac{1}{2}\left( {1 - \cos {\alpha _0}} \right)}}{{\frac{1}{3}\left( {1 - \cos {\alpha _0}} \right)}}} = \sqrt {\frac{3}{2}} \]. Chọn D.