Một lò xo có độ cứng 100 N/m được đặt trên mặt phẳng ngang: một đầu gắn cố định với giá đỡ

Giải SBT Vật lí 10 Bài 26 - 27: Thế năng. Cơ năng

Bài 26-27.10 trang 62 SBT Vật Lí 10: Một lò xo có độ cứng 100 N/m được đặt trên mặt phẳng ngang: một đầu gắn cố định với giá đỡ, đầu còn lại gắn với một quả cầu khối lượng 40 g. Kéo quả cầu rời khỏi vị trí cân bằng của nó một đoạn 3 cm, rồi buông tay ra để nó chuyển động. Bỏ qua lực ma sát, lực cản không khí và khối lượng của lò xo. Xác định vận tốc của quả cầu khi nó về tới vị trí cân bằng.

Lời giải:

Hệ vật "Quả cầu - Lò xo - Trái Đất" là hệ cô lập, do không chịu tác dụng các ngoại lực (lực ma sát, lực cản), chỉ có các nội lực tương tác (trọng lực, phản lực, lực đàn hồi), nên cơ năng của hệ vật bảo toàn.

Chọn vị trí cân bằng của hệ vật làm gốc tính thế năng đàn hồi, chiều lò xo bị kéo dãn là chiều dương.

- Tại vị trí ban đầu: quả cầu có vận tốc v₀ = 0 và lò xo bị kéo dãn một đoạn Δl₀ > 0 cm, nên cơ năng của hệ vật:

${\text{W}}_0=\frac{k.{\left(\Delta {\mathcal{l}}_0\right)}^2}{2}$

- Tại vị trí cân bằng: quả cầu có vận tốc v ≠ 0 và lò xo không bị biến dạng (Δl = 0), nên cơ năng của hệ vật:

$\text{W}=\frac{m{v}^2}{2}$

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho chuyển động của hệ vật:

W = W₀  $\Rightarrow \frac{m{v}^2}{2}=\frac{k.{\left(\Delta {\mathcal{l}}_0\right)}^2}{2}$

Suy ra vận tốc của quả cầu khi nó về tới vị trí cân bằng:

$$\begin{gathered} v=\Delta {\mathcal{l}}_0\sqrt{\frac{k}{m}} \\ ={3.10}^{-2}.\sqrt{\frac{100}{{40.10}^{-3}}}=1,5(m/s) \end{gathered}$$

Xem thêm lời giải sách bài tập Vật lí lớp 10 hay, chi tiết khác:

Bài 26-27.1 trang 61 SBT Vật Lí 10: Một tảng đá khối lượng 50 kg đang nằm trên sườn núi tại vị trí M có độ cao 300 m...

Bài 26-27.2 trang 61 SBT Vật Lí 10: Một cần cẩu nâng một vật khối lượng 400 kg lên đến vị trí có độ cao 25 m so với mặt đất...

Bài 26-27.3 trang 61 SBT Vật Lí 10: Từ độ cao 5,0 m so với mặt đất, người ta ném một vật khối lượng 200 g thẳng đứng lên cao...

Bài 26-27.4 trang 62 SBT Vật Lí 10: Người ta móc một vật nhỏ vào đầu một lò xo có độ cứng 250 N.m, đầu kia của lò xo gắn cố định...

Bài 26-27.5 trang 62 SBT Vật Lí 10: Một con cá heo trong khi nhào lộn đã vượt khỏi mặt biển tới độ cao 5m...

Bài 26-27.6 trang 62 SBT Vật Lí 10: Một vật khối lượng 100 g được ném thẳng đứng từ độ cao 5,0 m lên phía trên với vận tốc...

Bài 26-27.7 trang 62 SBT Vật Lí 10: Một vật khối lượng 10 kg trượt không vận tốc đầu từ đỉnh của một mặt dốc có độ cao 20 m...

Bài 26-27.8 trang 62 SBT Vật Lí 10: Một quả bóng được thả rơi tự do từ độ cao 20 m so với mặt đất. Khi chạm đất...

Bài 26-27.9 trang 62 SBT Vật Lí 10: Từ một đỉnh tháp cao 20 m, người ta ném thẳng đứng lên cao một hòn đá khối lượng 50 g...

Bài 26-27.11* trang 62 SBT Vật Lí 10: Một ô tô khối lượng 1000 kg (mất phanh, tắt máy), trượt từ đỉnh xuống chân một đoạn đường...

Bài 26-27.12* trang 63 SBT Vật Lí 10: Một lò xo có độ cứng 200 N/m được treo thẳng đứng: đầu trên gắn cố định với giá đỡ...