Một con lắc lò xo dao động điều hoà đi được 40 cm trong thời gian một chu kì dao động. Con lắc có động năng gấp ba lần thế năng tại vị trí có li độ 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.