Một chất điểm dao động điều hòa với biên độ 5 cm và thời gian thực hiện được 1 dao động là 1/3s. Tính tốc độ trung bình trong một dao động (tính bằng m/s)? (Kết quả lấy theo đơn vị chuẩn của hệ SI và lấy đến 1 chữ số sau dấu phẩy thập phân)

 

Đáp án

Hướng dẫn giải

a) Tại thời điểm 0,4 s, hai dao động thành phần có cùng li độ.

b) Dựa vào đồ thị suy ra: 8 ô ngang = 0,8 s => 1 ô = 0,1 s.

1T = 12 ô => T = 1,2 s  

c) Dựa vào đồ thị ta có: A₂ = 4 cm

\[t = 0:\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{{x_2} = - 2}\\{{v_2} < 0}\end{array}} \right. = > \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = \frac{{{x_2}}}{A}}\\{{v_2} < 0}\end{array}} \right. = > {\varphi _2} = \frac{{2\pi }}{3}\]

d) Dựa vào đồ thị ta xác định được: \[\Delta t\]= 2 ô = 0,2 s

\[ \Rightarrow \Delta \varphi = \omega .\Delta t = \frac{{2\pi }}{T}.\Delta t = \frac{\pi }{3}\]

Vậy x₁ nhanh pha hơn dao động x₂ là\[\frac{{\rm{\pi }}}{3}{\rm{ rad}}{\rm{.}}\]

Hướng dẫn giải

a. Dựa vào đồ thị xác định được: \[T = 2s = > f = \frac{1}{T} = 0,5Hz\]

b. A = 2cm => Chiều dài quỹ đạo dao động của vật là L = 2A= 4 cm.

c. Ta có: \[\omega = 2\pi f = \pi {\rm{ rad/s}}\]

\[t = 0:\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = 0}\\{v > 0}\end{array}} \right. = > \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = \frac{x}{A}}\\{v > 0}\end{array}} \right. = > \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{ \pm \frac{\pi }{2}}\\{v > 0}\end{array}} \right. = > \varphi = \frac{{ - \pi }}{2}rad\]

=> \[\begin{array}{l}x = 2\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\\t = \frac{{11}}{6}s = > x = 2\cos \left( {\pi .\frac{{11}}{6} - \frac{\pi }{2}} \right) = - 1cm\end{array}\]

\[t = \frac{{11}}{6}s = \frac{{3T}}{4} + \frac{T}{6}\]. Dựa vào vòng tròn lượng giác=> v>0

Ở thời điểm \[\frac{{11}}{6}{\rm{s}}\] vật chuyển động qua vị trí x = -1 theo chiều dương.

d. \[{S_T} = 4A = 8cm = > S = 13cm = 4A + 2A + \frac{A}{2}\]

\[\begin{array}{l}t = T + \frac{T}{2} + \frac{T}{{12}} = \frac{{19}}{{12}}s\\ = > v = \frac{S}{t} = 8,21{\rm{cm/s}}\end{array}\]