Hình 7.5 là đồ thị động năng theo thời gian của một vật khối lượng 0,4 kg dao động điều hoà

Giải Vật lí 11 Bài 7: Bài tập về sự chuyển hoá năng lượng trong dao động điều hoà  

Bài 3 trang 30 Vật Lí 11

Lời giải:

Gọi T, T’ lần lượt là chu kì của dao động điều hoà và chu kì của động năng.

Từ đồ thị ta thấy $T\text{'}=\frac{T}{2}=\frac{3}{6}s=\frac{1}{2}s\Rightarrow T=1s\Rightarrow \omega =2\pi \left(rad/s\right)$

Động năng cực đại: W_đmax = 0,02 J = $\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2=\frac{1}{2}\mathrm{.0,4.}{\left(2\pi \right)}^2{A}^2\Rightarrow A=\mathrm{0,05}m=5cm$

Tại thời điểm ban đầu động năng = 0,015 (J) khi đó thế năng = 0,02 – 0,015 = 0,005 (J)

$W_t=\frac{1}{2}m{\omega }^2{x}^2\Rightarrow \mathrm{0,005}=\frac{1}{2}\mathrm{.0,4.}{\left(2\pi \right)}^2{x}^2\Rightarrow x=\mathrm{0,025}m=\mathrm{2,5}cm$

$x=\mathrm{2,5}cm=A\cos \phi \Rightarrow \mathrm{2,5}=5.\cos \phi \Rightarrow \phi =\pm \frac{\pi }{3}$

Tại thời điểm ban đầu vật đang chuyển động theo chiều dương nên chọn $\phi =-\frac{\pi }{3}$

Phương trình dao động điều hoà: $x=5\cos \left(2\pi t-\frac{\pi }{3}\right)cm$