Con lắc lò xo – Lý thuyết và các bài tập

Hãy cùng tìm hiểu về con lắc lò xo – một chủ đề quan trọng trong môn Vật Lý 12. Con lắc lò xo không chỉ đơn thuần là một công cụ thực hành thú vị mà còn là một ví dụ điển hình cho các khái niệm về dao động và năng lượng.

Con lắc lò xo là gì?

Con lắc lò xo là một hệ thống gồm một lò xo nhẹ có độ cứng K và một quả cầu kim loại có khối lượng m được treo vào. Lò xo được gắn một đầu với quả cầu kim loại và đầu còn lại được giữ cố định. Có ba dạng con lắc lò xo chính: con lắc lò xo nằm ngang, con lắc lò xo treo thẳng đứng và con lắc lò xo nằm nghiêng.

Bạn đang xem: Con lắc lò xo – Lý thuyết và các bài tập

Khảo sát dao động của con lắc lò xo về phương diện động lực học

Xét trường hợp một vật ở li độ x, lò xo sẽ giãn ra một đoạn Delta l = x với lực đàn hồi của lò xo là F = -k * Delta l. Từ đó, ta có phương trình dao động của con lắc lò xo về phương diện động lực học: F = ma = -kx. Trong đó, F là lực tác dụng lên m, x là li độ của vật và k là độ cứng của lò xo.

Công thức trên cho thấy rằng lực F luôn hướng về vị trí cân bằng, gọi là lực kéo về. Lực kéo về tạo ra gia tốc và là nguyên nhân tạo nên dao động điều hòa của con lắc lò xo. Các em học sinh có thể áp dụng bảng công thức dưới đây để giải quyết các dạng bài liên quan tới con lắc lò xo.

Khảo sát dao động của con lắc lò xo về phương diện năng lượng

Động năng của con lắc lò xo với biên độ dao động A được tính bằng công thức: Tđ = 1/2 k A^2. Công thức tính động năng cực đại là Tđ_max = 1/2 k A_max^2. Thế năng của con lắc lò xo được tính bằng công thức: U = 1/2 k A^2.

Dựa trên nguyên lý bảo toàn năng lượng, cơ năng của con lắc lò xo được tính như sau: Tđ + U = Tđ_max. Trong trường hợp không có ma sát, cơ năng được bảo toàn và chỉ chuyển đổi giữa động năng và thế năng. Cơ năng của con lắc lò xo tỉ lệ với bình phương biên độ dao động.

Một số bài tập luyện tập về con lắc lò xo

Để áp dụng kiến thức về con lắc lò xo, hãy thử giải quyết một số bài tập sau đây:

1. Một con lắc lò xo có biên độ A và độ cứng k. Tìm thời gian một chu kỳ dao động.
2. Một con lắc lò xo có biên độ A và độ cứng k. Tìm độ lớn lực tác dụng lên khối lượng m tại vị trí cân bằng.
3. Một con lắc lò xo có biên độ A, độ cứng k và khối lượng m. Tính tổng năng lượng cơ năng và thế năng tại điểm có vận tốc cực đại.

Kết luận

Đó là những kiến thức cơ bản về con lắc lò xo trong môn Vật Lý 12. Hy vọng rằng với kiến thức này, các em sẽ nắm được cách giải quyết các bài tập liên quan tới con lắc lò xo và chuẩn bị tốt cho kỳ thi THPT Quốc gia. Để tìm hiểu thêm về Vật Lý 12 và các môn học khác, hãy truy cập vào Izumi.Edu.VN. Chúc các em đạt được kết quả tốt trong kỳ thi sắp tới!

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Công thức