Một vật dao động điều hòa với biên độ 10 cm. Trong một chu kì, thời gian vật có tốc độ lớn hơn một giá trị nào v 0 đó là ls. Tốc độ trung bình của vật khi đi theo một chiều giữa hai vị trí có cùng tốc độ v 0 là 20 cm/s. Tốc độ v 0 là
A. 10,5 cm/s
B. 14,8 cm/s
C. 11,5 cm/s
D. 18,1 cm/s
Chọn đápán D.
Giả sử vật dao động điều hòa quanh VTCB O, với A, B là các vị trí biên.
Gọi P, Q là các điểm mà tại đó tốc độ của vật bằng v 0 thì P, Q sẽ đối xứng nhau qua O. Khi vật chuyển động giữa hai điểm P, Q thì tốc độ của vật lớn hơn v 0 .
Trong một chu kì thời gian vật chuyển động với tốc độ lớn hơn v 0 sẽ bằng 2 lần thời gian vật chuyển động từ P đến Q.
Suy ra, thời gian vật chuyển động từ p đến Q là t P Q = 1 / 2 s
Mà theo đề bài, tốc độ trung bình khi vật chuyển động từ P đến Q là v P Q = 20 c m / s .
Do đó P Q = v P Q . t P Q = 10 c m
Suy ra, P là trung điểm của OA và x P = 5 c m .
Mà thời gian vật chuyển động từ P đến O là T/12
nên ta có T 12 = 1 2 t P Q ⇒ T = 6 t P Q = 3 s ⇒ ω = 2 π T = 2 π 3
Từ đó áp dụng công thức độc lập theo thời gian ta có tốc độ v 0 của vật là
v 0 = ω A 2 − x 2 = 2 π 3 10 2 − 5 2 = 10 π 3 ≈ 18 , 1 cm/s