Một lò xo có chiều dài tự nhiên là \({\ell _0}\)= 40cm, treo thẳng đứng. Treo vào đầu dưới của lò xo một vật có khối lượng m1 = 200g thì thấy khi vật đứng yên, chiều dài của lò xo \({\ell _1}\)= 44cm. Lấy gia tốc rơi tự do là g = 10 m/s2
Xét tính đúng/sai của các phát biểu sau:
Lời giải chi tiết
1. Độ biến dạng của lò xo là 4 cm.
Chiều dài tự nhiên của lò xo: \(\ell_0 = 40\, \text{cm}\)
Chiều dài khi vật trọng lượng \(m_1 = 200\, \text{g} = 0.2\, \text{kg}\) treo vào: \(\ell_1 = 44\, \text{cm}\)
Độ biến dạng của lò xo:
\[ \Delta \ell = \ell_1 - \ell_0 = 44 \text{ cm} - 40 \text{ cm} = 4 \text{ cm}. \]
Phát biểu 1 đúng.
2. Lực đàn hồi của lò xo tác dụng vào vật có độ lớn 2 N.
Độ biến dạng của lò xo: \(\Delta \ell = 4\, \text{cm} = 0.04\, \text{m}\)
Lực đàn hồi tại trạng thái cân bằng đúng bằng trọng lực tác dụng lên vật:
\[ F_\text{đh} = m_1 \cdot g = 0.2 \cdot 10 = 2 \, \text{N}. \]
Phát biểu 2 đúng.
3. Để lò xo có chiều dài 45 cm thì cần treo thêm một vật có khối lượng 25 g vào đầu dưới của lò xo.
Để có \(\ell = 45\, \text{cm}\), độ biến dạng là:
\[ \Delta \ell = 45 - 40 = 5 \, \text{cm} = 0.05 \, \text{m}. \]
Lực đàn hồi tương ứng:
\[ F_\text{đh} = k \cdot \Delta \ell, \]
Với \(k\) là độ cứng của lò xo, ta có:
\[ F_\text{đh} = m_1 \cdot g + m_\text{thêm} \cdot g = (0.2 + m_\text{thêm}) \cdot 10. \]
Do \(F_\text{đh} = 2.5\, \text{N}\), ta có:
\[ 2.5 = 2 + m_\text{thêm} \cdot 10 \\ m_\text{thêm} = 0.05 \, \text{kg} = 50 \, \text{g}. \]
Phát biểu 3 sai.
4. Nếu treo thêm một vật có khối lượng 100 g vào đầu dưới của lò xo thì khi hệ cân bằng, độ biến dạng của lò xo là 6 cm.
Khối lượng tổng trạng thái cân bằng: \(m = m_1 + m_\text{thêm} = 0.2 + 0.1 = 0.3\, \text{kg}\)
Lực đàn hồi khi cân bằng:
\[ F_\text{đh} = 0.3 \cdot 10 = 3 \, \text{N}. \]
Độ biến dạng tương ứng:
\[ \Delta \ell_\text{mới} = \frac{F_\text{đh}}{k} \]
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit. Aenean commodo ligula eget dolor. Aenean massa. Cum sociis natoque penatibus et magnis dis parturient montes, nascetur ridiculus mus.
Với \(k = \frac{2}{0.04} = 50\) N/m, ta có:
\[ \Delta \ell_\text{mới} = \frac{3}{50} = 0.06 \, \text{m} = 6 \, \text{cm}. \]
Phát biểu 4 đúng.
Chú ý khi giải