LÝ THUYẾT / VẬT LÝ / LỚP 12 / CHƯƠNG 1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

CHỦ ĐỀ 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA - CON LẮC LÒ XO

I. CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ DAO ĐỘNG

1. DAO ĐỘNG CƠ

Là chuyển động lặp đi lặp lại quanh một vị trí xác định.

Vị trí xác định đó được gọi là VỊ TRÍ CÂN BẰNG.

2. DAO ĐỘNG TUẦN HOÀN

Là dao động cơ mà trạng thái dao động của vật được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau (khoảng thời gian xác định).

Chu kì dao động

Là khoảng thời gian ngắn nhất sau đó trạng thái giao động được lặp lại như cũ.

(Hay là khoảng thời gian ngắn nhất để vật thực hiện xong một giao động toàn phần)

Kí hiệu: T (s)

Tần số dao động

Là số lần dao động mà vật thực hiện được trong một đơn vị thời gian.

Kí hiệu: f (Hz)

Mối liên hệ chu kì và tần số giao động

T = 1/f = t/N

N: là số giao động toàn phần mà vật thực hiện được trong thời gian t.

3. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Là dao động trong đó có li độ của vật là một hàm cosin (hay sin) theo thời gian t

Phương trình dao động điều hòa: x = A.cos(ωt + φ)

Trong đó: A, ω, φ là những hằng số.

x	Li độ, độ dời của vật so với VTCB (cm; m).
A	Biên độ, là độ dời CỰC ĐẠI của vật so với VTCB (cm; m), phụ thuộc cách kích thích.
ω	Tần số góc, là đại lượng trung gian cho phép xác định chu kì và tần số dao động (rad).
φ	Pha ban đầu, là đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao của vật ở thời điểm ban đầu (rad); phụ thuộc vào cách chọn gốc thời gian.
(ωt + φ)	Pha của dao động, là đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động (x, v, a) của vật ở thời điểm t bất kì (rad).

LƯU Ý

A, ω: luôn dương.

φ: có thể âm, có thể dương hoặc bằng 0.

II. CON LẮC LÒ XO NẰM NGANG

1. KHÁI NIỆM

Con lắc lò xo là một hệ gồm một vật nặng kích thước nhỏ có khối lượng m gắn vào một đầu của lò xo có độ cứng k, đầu còn lại của lò xo được gắn hoặc treo vào một điểm cố định. Có thể bố trí cho con lắc lò xo dao động theo phương ngang, theo phương thẳng đứng hoặc theo phương của một dốc nghiêng. (Hình ảnh dưới đây con lắc được đặt theo phương ngang)

2. CHU KÌ - TẦN SỐ - TẦN SỐ GÓC

CHU KÌ	TẦN SỐ	TẦN SỐ GÓC

3. CẮT LÒ XO - GHÉP LÒ XO

Ghép nối tiếp các lò xo có độ cứng là k₁, k₂, ..., k_n

Ghép song song các lò xo có độ cứng là k₁, k₂, ..., k_n

Cho một lò xo lí tưởng có chiều dài tự nhiên l₀, độ cứng là k₀.

Cắt lò xo thành n phần, có chiều dài lần lượt là l₁, l₂, ... l_n, độ cứng tương ứng là k₁, k₂, ..., k_n

Ta có hệ thức sau: k₀l₀ = k₁l₁ = k₂l₂ = ... = knln.

4. CÁCH KÍCH THÍCH DAO ĐỘNG

Chọn chiều dương là chiều lò xo giãn và gốc tọa độ là VTCB. Lấy ω = π (rad/s)

CÁCH 1

Từ VTCB, kéo lò xo giãn 5cm rồi thả nhẹ (v = 0)

CÁCH 2

Từ VTCB, cấp cho vật vận tốc v = 5π cm/s theo chiều dương

CÁCH 3

Từ VTCB, kéo lò xo giãn 2cm rồi cấp cho vật vận tốc v = 2√3 cm/s theo chiều âm

5. CHIỀU DÀI

Độ giãn của lò xo tại VTCB	Δl₀ = 0 (VTCB ≡ VTTN)
Chiều dài tự nhiên của lò xo	l = l₀
Chiều dài của lò xo tại thời điểm bất kì	l = l₀ + x
Chiều dài CỰC ĐẠI của lò xo	l = l₀+ A
Chiều dài CỰC TIỂU của lò xo	l = l₀ – A
* LƯU Ý Δl₀: Là độ giãn của lò xo tại VTCB. VTTN: Là vị trí tự nhiên của lò xo (lò xo không biến dạng, không giãn, không nén)

III. CON LẮC LÒ XO TREO THẲNG ĐỨNG

1. KHÁI NIỆM

2. CHIỀU DÀI

Độ giãn của lò xo tại VTCB	Δl₀ = mg/k = g/ω² (VTCB ≠ VTTN)
Chiều dài tự nhiên của lò xo	l = l₀
Chiều dài của lò xo tại thời điểm bất kì	l = l₀ + Δl₀+ x
Chiều dài CỰC ĐẠI của lò xo	l = l₀+ Δl₀+ A
Chiều dài CỰC TIỂU của lò xo	l = l₀ + Δl₀ – A
* LƯU Ý Δl₀: Là độ giãn của lò xo tại VTCB. VTTN: Là vị trí tự nhiên của lò xo (lò xo không biến dạng, không giãn, không nén) Chiều dương: Ta chọn là chiều hướng xuống. Tại VTCB của con lắc: F_đh = P = k.Δl₀ = mg => Δl₀ = mg/k = g/ω²

3. CÁCH KÍCH THÍCH DAO ĐỘNG

Cho Δl₀= 4cm => ω = 5π rad/s

CÁCH 1

Từ VTCB, kéo vật xuống 8cm rồi thả nhẹ

CÁCH 2

Từ VTCB, kéo vật xuống để lò xo giãn 8cm rồi thả nhẹ

CÁCH 3

Từ VTCB, kéo vật để lò xo nén 8cm rồi thả nhẹ

4. THỜI GIAN NÉN

TH1: Δl₀< A
TH2: Δl₀≥ A