Con lắc đơn – Tất cả những gì bạn cần biết về con lắc đơn và bài tập có lời giải

Với bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về con lắc đơn, các khái niệm như chu kỳ, tần số và thế năng của con lắc đơn. Chúng ta cũng sẽ giải quyết các bài tập về con lắc đơn. Hãy cùng khám phá!

Có thể bạn quan tâm

I. Con lắc đơn là gì?

1. Định nghĩa con lắc đơn

Con lắc đơn là một hệ gồm một vật nhỏ có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây không dãn, có chiều dài l. Đầu trên của sợi dây được treo vào một điểm cố định.

Bạn đang xem: Con lắc đơn – Tất cả những gì bạn cần biết về con lắc đơn và bài tập có lời giải

2. Vị trí cân bằng của con lắc đơn

Vị trí cân bằng của con lắc đơn là khi dây treo có phương thẳng đứng.
Khi chúng ta lớn nhẹ một chút vật lên và thả ra, ta sẽ thấy con lắc dao động quanh vị trí cân bằng trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua điểm treo và vị trí ban đầu của vật. Như vậy, chúng ta muốn biết liệu con lắc đơn có dao động điều hòa hay không.

II. Con lắc đơn: khảo sát về mặt động lực học

1. Khảo sát con lắc đơn về mặt động lực học

Trong quá trình dao động, vật chịu tác động của trọng lực và lực căng. Trọng lực gồm 2 thành phần là và .
Lực hợp của và là lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động trên cung tròn.
Lực thành phần là lực kéo về và có giá trị sau: Pt = -mgsinα.

Với những giá trị nhỏ của góc α, ta có thể xem sinα ≈ α (rad), nên lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với góc α.

So sánh với lực kéo về của con lắc lò xo F = -kx, ta thấy mg/l có vai trò tương tự như k, với l/g = m/k.

III. Con lắc đơn: khảo sát về mặt năng lượng

1. Động năng của con lắc đơn

Công thức tính động năng của con lắc đơn:

Động năng = (hằng số)

2. Thế năng của con lắc đơn ở góc α

Công thức tính thế năng của con lắc đơn:

Thế năng = (với mốc tính thế năng ở vị trí cân bằng)

3. Cơ năng của con lắc đơn

Cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn nếu bỏ qua ma sát:

Cơ năng = (hằng số)

hoặc

Cơ năng = (hằng số)

IV. Bài tập về con lắc đơn và lời giải

Bài 1 trang 17 SGK Vật lý 12: Thế nào là con lắc đơn? Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học. Chứng minh rằng khi dao động nhỏ (sinα ≈ α (rad)), dao động của con lắc đơn là dao động điều hòa.
Bài 2 trang 17 SGK Vật lý 12: Viết công thức tính chu kì của con lắc đơn khi dao động nhỏ.
Bài 3 trang 17 SGK Vật lý 12: Viết biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc đơn ở vị trí có góc lệch α bất kỳ.
Bài 4 trang 17 SGK Vật lý 12: Hãy chọn đáp án đúng. Chu kỳ của con lắc đơn khi dao động nhỏ (sinα ≈ α (rad)) là:
Bài 5 trang 17 SGK Vật lý 12: Hãy chọn đáp án đúng: Một con lắc đơn dao động với biên độ góc nhỏ. Chu kỳ của con lắc không thay đổi khi:
Bài 6 trang 17 SGK Vật lý 12: Một con lắc đơn khi được thả không có vận tốc ban đầu từ góc lệch α0. Khi con lắc đi qua vị trí cân bằng, tốc độ của quả cầu con lắc là bao nhiêu?