Pha ban đầu của chất điểm xấp xỉ bằng

GS.Xoăn

Trần Văn Quân
Bài toán
Một vật nhỏ đang dao động điều hòa quanh một vị trí cân bằng trên một mặt phẳng nằm ngang với biên độ A và chu kì T. Thời điểm ban đầu t0=0(s), vật nhỏ ở vị trí ${{x}_{0}}$và có vận tốc ${{v}_{0}}$(${{v}_{0}}<0$). Đến thời điểm ${{t}_{1}}={{t}_{0}}+\Delta t\left(s\right)$, vật nhỏ ở vị trí $x_1$ và có vận tốc $v_1$. Đến thời điểm ${{t}_{2}}={{t}_{0}}+3\Delta t\left(s\right)$, vật nhỏ đến vị trí ${{x}_{2}}$>0. Biết rằng ${{v}_{0}}=\sqrt{3}{{v}_{1}}$, $x_{0}^{2}+{{x}_{2}}^{2}={{A}^{2}}$và $\Delta t\leq \dfrac{T}{4}$ . Pha ban đầu của chất điểm xấp xỉ bằng
A. 1,05 rad
B. 0,52 rad
C. 2,09 rad
D. 2,62 rad
 
Chọn $A=1$.
Th1:$x_0<0$
Untitfffled.png

áp dụng điều kiện đề bài ta có: $x_0^{2}+x_2^{2}=1;x_1^{2}=x_0^{2}+\dfrac{2x_2^{2}}{3}$
Nếu trên đường tròn;$x_2$ ở vị trí 1:
$3\omega \Delta t=\varphi +\dfrac{\pi }{2}-\varphi+\pi =\dfrac{3}{2}\pi \Rightarrow \omega \delta t=\dfrac{\pi }{2} \Rightarrow x_1^{2}=x_2^{2}=x_0^{2}+\dfrac{2x_1^{2}}{3} \Rightarrow x_o=frac{-1}{2}$ pha ban đầu C.
Nếu $x_2$ ở vị trí 2:
tương tự được pt:$1=\dfrac{1}{3}\left(\sin \varphi\right)^{2}+\left(\cos \left(\dfrac{4\varphi+\pi }{6} \right)\right)^{2}$ với $\varphi \in \left(0;\dfrac{\pi }{2}\right)$ Vô nghiệm
Th2:$x_0>0$ tương tự. Chắc là vô nghiệm
 
Last edited:
Chọn $A=1$.
Th1:$x_0<0$Untitfffled.png
áp dụng điều kiện đề bài ta có: $x_0^{2}+x_2^{2}=1;x_1^{2}=x_0^{2}+\dfrac{2x_1^{2}}{3}$
Nếu trên đường tròn;$x_2$ ở vị trí 1:
$3\omega \Delta t=\varphi +\dfrac{\pi }{2}-\varphi+\pi =\dfrac{3}{2}\pi \Rightarrow \omega \delta t=\dfrac{\pi }{2} \Rightarrow x_1^{2}=x_2^{2}=x_0^{2}+\dfrac{2x_1^{2}}{3} \Rightarrow x_o=frac{-1}{2}$ pha ban đầu C.
Nếu $x_2$ ở vị trí 2:
tương tự được pt:$1=\dfrac{1}{3}\left(\sin \varphi\right)^{2}+\left(\cos \left(\dfrac{4\varphi+\pi }{6} \right)\right)^{2}$ với $\varphi \in \left(0;\dfrac{\pi }{2}\right)$ Vô nghiệm
Th2:$x_0>0$ tương tự. Chắc là vô nghiệm
Bạn thử kiểm tra trường hợp còn lại xem có ra kết quả không?
 
Bài toán
Một vật nhỏ đang dao động điều hòa quanh một vị trí cân bằng trên một mặt phẳng nằm ngang với biên độ A và chu kì T. Thời điểm ban đầu t0=0(s), vật nhỏ ở vị trí ${{x}_{0}}$và có vận tốc ${{v}_{0}}$(${{v}_{0}}<0$). Đến thời điểm ${{t}_{1}}={{t}_{0}}+\Delta t\left(s\right)$, vật nhỏ ở vị trí $x_1$ và có vận tốc $v_1$. Đến thời điểm ${{t}_{2}}={{t}_{0}}+3\Delta t\left(s\right)$, vật nhỏ đến vị trí ${{x}_{2}}$>0. Biết rằng ${{v}_{0}}=\sqrt{3}{{v}_{1}}$, $x_{0}^{2}+{{x}_{2}}^{2}={{A}^{2}}$và $\Delta t\leq \dfrac{T}{4}$ . Pha ban đầu của chất điểm xấp xỉ bằng
A. 1,05 rad
B. 0,52 rad
C. 2,09 rad
D. 2,62 rad
Không mất tính tổng quát ta giải sử vật dao động với biên độ $A=1$. Khi đó, ta xem dao động điều hòa của vật là hình chiếu của điểm M chuyển động tròn đều trên đường tròn tâm O, bán kính bằng 1.
Từ điều kiện $$x_0^2+x_2^2=1$$ ta thấy trong khoảng thời gian $3\Delta t$ từ thời điểm $t_0$ đến thời điểm $t_2$ điểm M quay được một góc quay bằng $\left(2k+1\right)\dfrac{\pi }{2}$.
Suy ra $$3\omega \Delta t=\left(2k+1\right)\dfrac{\pi }{2}\leq 3.\dfrac{2\pi }{T}.\dfrac{T}{4}=\dfrac{3\pi }{2}$$
Suy ra $$2k+1\leq 3$$ giải được $k=0$ và $k=1$

TH1: $k=0$, tức là từ thời điểm $t_0$ đến thời điểm $t_2$ điểm M quay được một góc quay bằng $\dfrac{\pi }{2}$.
k=0.png

Với $x_2>0$ ta có hai điểm $M_2$ như hình vẽ, tương ứng có hai trường hợp. Trong cả hai trường hợp trên thì $v_0>0$ trái với giả thiết nên loại.

TH2: $k=1$, tức là từ thời điểm $t_0$ đến thời điểm $t_2$ điểm M quay được một góc quay bằng $\dfrac{3\pi }{2}$.
k=1.png

Tương tự ta cũng có hai trường hợp nhỏ và đánh giá dấu của $v_0$ và $v_1$ ta loại trường hợp $a$ vì theo giả thiết $v_0$ và $v_1$ cùng dấu.

Như vậy, chỉ còn trường hợp $b$. Khi đó, ta có $$x_0=\cos \varphi , \qquad x_1=\cos \left(\varphi +\dfrac{\pi }{2}\right)$$
Từ giải thiết $v_0=\sqrt{3}v_1$ và sử dựng hệ thức độc lập giữa li độ và vận tốc ta suy ra $$3x_1^2-x_0^2=2$$ $$\Leftrightarrow \cos ^2\left(\varphi +\dfrac{\pi }{2}\right)-\cos ^2\varphi =2$$
Từ đó giải được $$\varphi =\dfrac{\pi }{3}\approx 1,046$$
Chọn đáp án A.
 
Last edited:
Không mất tính tổng quát ta giải sử vật dao động với biên độ $A=1$. Khi đó, ta xem dao động điều hòa của vật là hình chiếu của điểm M chuyển động tròn đều trên đường tròn tâm O, bán kính bằng 1.
Từ điều kiện $$x_0^2+x_2^2=1$$ ta thấy trong khoảng thời gian $3\Delta t$ từ thời điểm $t_0$ đến thời điểm $t_2$ điểm M quay được một góc quay bằng $\left(2k+1\right)\dfrac{\pi }{2}$.
Suy ra $$3\omega \Delta t=\left(2k+1\right)\dfrac{\pi }{2}\leq 3.\dfrac{2\pi }{T}.\dfrac{T}{4}=\dfrac{3\pi }{2}$$
Suy ra $$2k+1\leq 3$$ giải được $k=0$ và $k=1$

TH1: $k=0$, tức là từ thời điểm $t_0$ đến thời điểm $t_2$ điểm M quay được một góc quay bằng $\dfrac{\pi }{2}$.
k=0.png
Với $x_2>0$ ta có hai điểm $M_2$ như hình vẽ, tương ứng có hai trường hợp. Trong cả hai trường hợp trên thì $v_0>0$ trái với giả thiết nên loại.

TH2: $k=1$, tức là từ thời điểm $t_0$ đến thời điểm $t_2$ điểm M quay được một góc quay bằng $\dfrac{3\pi }{2}$.
k=1.png
Tương tự ta cũng có hai trường hợp nhỏ và đánh giá dấu của $v_0$ và $v_1$ ta loại trường hợp $a$ vì theo giả thiết $v_0$ và $v_1$ cùng dấu.

Như vậy, chỉ còn trường hợp $b$. Khi đó, ta có $$x_0=\cos \varphi , \qquad x_1=\cos \left(\varphi +\dfrac{\pi }{2}\right)$$
Từ giải thiết $v_0=\sqrt{3}v_1$ và sử dựng hệ thức độc lập giữa li độ và vận tốc ta suy ra $$3x_1^2-x_0^2=2$$ $$\Leftrightarrow \cos ^2\left(\varphi +\dfrac{\pi }{2}\right)-\cos ^2\varphi =2$$
Từ đó giải được $$\varphi =\dfrac{\pi }{3}\approx 1,046$$
Chọn đáp án A.
Lời giải của anh là đầy đủ trường hợp nhất :D
 
Cho hai đại lượng biến thiên điều hòa cùng tần số $$x=x_0\cos \left(\omega t+\varphi _1\right)$$ $$y=y_0\cos \left(\omega t+\varphi _2\right)$$ Khi đó,$x$ và $y$ vuông pha khi và chỉ khi $$\dfrac{x^2}{x_0^2}+\dfrac{y^2}{y_0^2}=1$$
..........................
Coi như một bài tập nhỏ! Hãy chứng minh hoặc bát bỏ mệnh đề trên.

Cái này em nghĩ chưa chắc đâu ạ
VDUntrritled.png $x_2^{2} +x_0^{2}=1$ nhưng góc quay được là $\dfrac{\pi }{2}+2\varphi$
Tôi không hiểu bạn đang vẽ cái gì cả! Xin được giải thích rõ hơn!
 
Tôi không hiểu bạn đang vẽ cái gì cả! Xin được giải thích rõ hơn!
h1.png

ý của e là: xét đường tròn như hình vẽ. M trên đường tròn ứng với li độ $x$ và N trên đường tròn ứng với li độ $y$
2 tam giác $OMx$ và $ONy$ bằng nhau suy ra $x^2+y^2=1$ nhưng góc khi quay từ OM đến ON là $\hat{MON}=\dfrac{\pi }{2}+2\hat{MOx}$ anh Võ Văn Đức
 
Cho hai đại lượng biến thiên điều hòa cùng tần số $$x=x_0\cos \left(\omega t+\varphi _1\right)$$ $$y=y_0\cos \left(\omega t+\varphi _2\right)$$ Khi đó,$x$ và $y$ vuông pha khi và chỉ khi $$\dfrac{x^2}{x_0^2}+\dfrac{y^2}{y_0^2}=1$$
Như vậy, mệnh đề này chiều nghịch là chưa đúng. Lời giải của tôi ở trên sử dụng chiều nghịch này làm cơ sở nên đó là lời giải sai.

Cảm ơn osp đã góp ý!
 
  • Like
Reactions: osp

Quảng cáo

Back
Top