Tại nơi có gia tốc trọng trường bằng 9,8 m/s², một con lắc đơn có chiều dài dây treo bằng 39,2 cm, đang dao động điều hòa với biên độ góc bằng 0,05 rad. Tại thời điểm, khi vận tốc của con lắc bằng 2,4 cm/s thì gia tốc của con lắc có độ lớn xấp xỉ bằng bao nhiêu?

Bài cho biết:

Ở thời điểm t1:\({x_1} = 4\,\left( {cm} \right),\,{v_1} = 30\pi \,\left( {cm/s} \right).\)

Ở thời điểm t2:\({x_2} = 3\,\left( {cm} \right),\,{v_2} = 40\pi \,\left( {cm/s} \right).\)

Liên hệ giữa x và v: \(\frac{{{x^2}}}{{{A^2}}} + \frac{{{v^2}}}{{{{\left( {\omega A} \right)}^2}}} = 1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 1 \right)\)

Thay các giá trị x và v ở hai thời điểm vào (1) ta có hệ phương trình:

\[\left\{ \begin{array}{l}\frac{{{4^2}}}{{{A^2}}} + \frac{{{{\left( {30\pi } \right)}^2}}}{{{{\left( {\omega A} \right)}^2}}} = 1\\\frac{{{3^2}}}{{{A^2}}} + \frac{{{{\left( {40\pi } \right)}^2}}}{{{{\left( {\omega A} \right)}^2}}} = 1\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\frac{1}{{{A^2}}} = \frac{1}{{25}}\\\frac{1}{{{{\left( {\omega A} \right)}^2}}} = \frac{1}{{2500{\pi ^2}}}\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}A = 5\\\omega A = 50\pi \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}A = 5\\\omega  = 10\pi \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}A = 5\\f = 5\end{array} \right.\]

Đáp án đúng là D

Chu kì: \[T = 2\pi \sqrt {\frac{\ell }{g}}  \Rightarrow \ell  = 1\]m.

Cơ năng của con lắc: \[{\rm{W}} = \frac{1}{2}mg\ell \alpha _0^2 = \frac{1}{2}mg\ell {\left( {\frac{{{s_0}}}{\ell }} \right)^2} = \frac{1}{2}.0,2.10.1.{\left( {\frac{{0,05}}{1}} \right)^2} = {25.10^{ - 4}}\] J.