Đáp án:
$\begin{align}
& a){{v}_{TB}}=1,22cm/s;{{v}_{TDTB}}=11,22cm \\
& b){{v}_{5}}=\dfrac{5\sqrt{30}}{2}cm;{{v}_{TDTB5}}=\dfrac{50}{9}cm/s \\
& {{v}_{35}}=\dfrac{5\sqrt{30}}{2}cm/s;{{v}_{TDTB35}}=10cm/s \\
& {{v}_{2021}}=-\dfrac{5\sqrt{30}}{2}cm/s;{{v}_{TDTB2021}}=10cm/s \\
\end{align}$
Giải thích các bước giải:
$x=5cos(\pi t+\frac{\pi }{3})$
a) Chu kì:
$T=\frac{2\pi }{\omega }=\frac{2\pi }{\pi }=2s$
thời điểm ban đầu:
${{x}_{0}}=2,5cm=\dfrac{A}{2}$
đang đi theo chiều âm
* vận tốc trung bình:
${{v}_{TB}}=\dfrac{{{x}_{2}}-{{x}_{1}}}{t}=\dfrac{\frac{5\sqrt{3}}{2}-\dfrac{5}{2}}{1,5}=1,22cm$
* tốc độ trung bình:
thời gian: $t=1,5s=\dfrac{3T}{4}=\dfrac{T}{2}+\dfrac{T}{4}$
Theo trục thời gian ta có quãng đường vật đi được là:
$S=\dfrac{A}{2}+2A+\dfrac{A\sqrt{3}}{2}=2,5+10+2,5\sqrt{3}=12,5+2,5\sqrt{3}(cm)$
tốc độ trung bình:
${{v}_{TDTB}}=\dfrac{S}{t}=\dfrac{12,5+2,5\sqrt{3}}{1,5}=11,22cm/s$
b) vận tốc khi x=-2,5cm, 1T vật qua vị trí đó theo chiêu 1 lần
độ lớn vận tốc :
$\begin{align}
& {{x}^{2}}+\frac{{{v}^{2}}}{{{\omega }^{2}}}={{A}^{2}} \\
& \Leftrightarrow {{(2,5)}^{2}}+\frac{{{v}^{2}}}{{{\pi }^{2}}}={{5}^{2}} \\
& \Rightarrow v=\pm \frac{5\sqrt{30}}{2}cm \\
\end{align}$
* trong lần thứ 5 theo chiều (+)
+ vận tốc: $v=\dfrac{5\sqrt{30}}{2}cm$
+ tốc độ trung bình :
Thời gian vật qua vị trí đó theo chiều dương lần thứ nhất:
${{t}_{1}}=\dfrac{T}{12}+\dfrac{T}{4}+\dfrac{T}{6}=\dfrac{T}{2}$
tổng thời gian 5 lần vật qua:
${{t}_{5}}=4T+{{t}_{1}}=4T+\frac{T}{2}=9s$
quãng đường đi trong 5 lần:
${{S}_{5}}=4.4.A+2A=50cm$
tốc độ trung bình: ${{v}_{TDTB5}}=\frac{50}{9}cm/s$
* lần thứ 35 theo chiều dương :
+ vận tốc: $v=\frac{5\sqrt{30}}{2}cm$
+ tốc độ trung bình :
Thời gian vật qua vị trí đó theo chiều dương lần thứ nhất:
${{t}_{1}}=\dfrac{T}{12}+\dfrac{T}{4}+\dfrac{T}{6}=\dfrac{T}{2}$
tổng thời gian 35 lần vật qua:
${{t}_{35}}=34.T+{{t}_{1}}=34T+\frac{T}{2}=69s$
quãng đường đi:
${{S}_{35}}=34.4.A+2A=690cm$
tốc độ trung bình:
${{v}_{TDTB35}}=\dfrac{690}{69}=101cm/s$
* lần 2021 theo chiều âm
+ vận tốc tức thời: $v=-\dfrac{5\sqrt{30}}{2}cm$
+ tốc độ trung bình:
thời gian lần thứ nhất vật qua theo chiều âm: ${{t}_{1}}=\dfrac{T}{6}$
thời gian 2021 lần: $t=2020T+{{t}_{1}}=2020T+\dfrac{T}{6}=\dfrac{12121}{3}s$
quãng đường:
${{S}_{2021}}=2020.4A+A=40405cm$
tốc độ trung bình:
${{v}_{TDTB2021}}=\dfrac{40405}{12121:3}=10cm/s$
