Bài 9: Bài toán năng lượng của con lắc lò xo
Bài viết này giới thiệu dạng bài Năng lượng trong dao động điều hòa của con lắc lò xo. Chúc các em học tập tốt!
Nội dung bài viết gồm hai phần:
- Nhắc lại lí thuyết.
- Hướng dẫn giải một số bài tập.
A. Nhắc lại lý thuyết
- Động năng của con lắc lò xo:
$W_{đ} = \frac{1}{2}.m.v^{2} = \frac{1}{2}.m.\omega ^{2}.A^{2}.\sin ^{2}(\omega t + \varphi ) = \frac{1}{2}.m.\omega ^{2}.A^{2}.\frac{1 - \cos (2\omega + 2\varphi )}{2}$
- Thế năng của con lắc lò xo:
$W_{t} = \frac{1}{2}.k.x^{2} = \frac{1}{2}.m.\omega ^{2}.A^{2}.\cos ^{2}(\omega t + \varphi ) = \frac{1}{2}.m.\omega ^{2}.A^{2}.\frac{1 + \cos (2\omega + 2\varphi )}{2}$
Chú ý 1:
Động năng, thế năng của con lắc lò xo hoặc dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số góc: $\omega ' = 2\omega $, tần số f ' = 2f và chu kì $T' = \frac{T}{2}$.
- Cơ năng của con lắc lò xo:
$W = W_{t} + W_{đ} = \frac{1}{2}.m.\omega ^{2}.A^{2} = \frac{1}{2}.k.A^{2} = const$
Chú ý 2:
- Cơ năng của con lắc lò xo luôn tỉ lệ thuận với bình phương biên độ của dao động.
- Cơ năng của con lắc lò xo luôn được bảo toàn nếu ta bỏ qua mọi ma sát.
- Cơ năng của con lắc không phụ thuộc vào khối lượng vật.
- Trong một chu kì có 4 lần Wđ = Wt. Vị trí vật có Wt = Wđ là x = $\frac{A\sqrt{2}}{2}$. Khoảng thời gian liên tiếp giữa hai lần Wđ = Wt là $\frac{T}{4}$
Bình luận