Hai chất điểm cùng khối lượng, dao động dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ Ox, có phương trình lần lượt là: $x_1=A_1.\cos \left(\omega t+{\phi }_1\right)$ . Gọi d là khoảng cách lớn nhất giữa hai chất điểm theo phương Ox. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của d theo  (với $A_2,{\phi }_1,{\phi }_2$  là các giá trị xác định). Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng. Nếu $W_1$ là tổng cơ năng của hai chất điểm ở giá trị $a_1$ và $W_2$ là tổng cơ năng của hai chất điểm ở giá trị  thì tỉ số  gần nhất với kết quả nào sau đây?

                  

Đáp án C

Phương pháp giải:

+ Khoảng cách giữa hai chất điểm: $\Delta d=\left|x_1-x_2\right|=\left|x_1+\left(-x_2\right)\right|$

+ Sử dụng công thức tổng hợp dao động điều hòa cùng tần số.

+ Sử dụng kĩ năng khai thác thông tin từ đồ thị.

+ Công thức tính cơ năng: $W=\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2$

Giải chi tiết:

+ Ta có: $\left\{\begin{array}{l}{x}_1=A_1.\cos \left(\omega t+{\phi }_1\right)\\ x_2=A_2.\cos \left(\omega t+{\phi }_2\right)\end{array}\right.\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{x}_1=A_1.\cos \left(\omega t+{\phi }_1\right)\\ -x_2=A_2.\cos \left(\omega t+{\phi }_2+\pi \right)\end{array}\right.$

+ Khoảng cách giữa hai chất điểm theo phương Ox: $\Delta d=\left|x_1-x_2\right|=\left|x_1+\left(-x_2\right)\right|=d.\cos \left(\omega t+\phi \right)$

Với: $\left\{\begin{array}{l}\Delta \phi ={\phi }_1-\left({\phi }_2+\pi \right)\\ d=\sqrt{A_1^2+A_2^2+2A_1{A}_2.\cos \Delta \phi }\end{array}\right.$

+ Khi $A_1=0\Rightarrow d=12cm$

$\iff \sqrt{0^2+A_2^2+\mathrm{2.0.}{A}_2.\cos \Delta \phi }=12cm\Rightarrow A_2=12cm$

+ Lại có: $d^2=A_1^2+A_2^2+2A_1{A}_2.\cos \Delta \phi$

$\Rightarrow d^2={\left(A_1+A_2.\cos \Delta \phi \right)}^2+A_2^2\left(1-{\cos }^2\Delta \phi \right)$

$\Rightarrow d_{\min }\iff A_1+A_2.\cos \Delta \phi =0\Rightarrow \cos \Delta \phi =-\frac{A_1}{A_2}$

Mà $d_{\min }\iff A_1=9cm\Rightarrow \cos \Delta \phi =-\frac{9}{12}=-\frac{3}{4}$

+ Khi $d=10cm$ ta có: $d^2=A_1^2+A_2^2+2A_1{A}_2.\cos \Delta \phi \iff {10}^2=A_1^2+{12}^2+2A_1\mathrm{.12.}\left(-\frac{3}{4}\right)$ $\iff \left[\begin{array}{l}{A}_1=\mathrm{2,92}cm=a_1\\ A_1=\mathrm{15,08}cm=a_2\end{array}\right.$

Tỉ số cơ năng: $\frac{W_1}{W_2}=\frac{\frac{1}{2}m{\omega }^2{a}_1^2+\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}_2^2}{\frac{1}{2}m{\omega }^2{a}_2^2+\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}_2^2}=\frac{a_1^2+A_2^2}{a_2^2+A_2^2}=\frac{{\mathrm{15,08}}^2+{12}^2}{{\mathrm{2,92}}^2+{12}^2}=\mathrm{0,4}$