Trong bài hôm nay, chúng ta sẽ cùng học về con lắc lò xo. Con lắc lò xo là một chương quan trọng và để làm được bài tập ta phải học kĩ lý thuyết con lắc lò xo. Trong phần lý thuyết con lắc lò xo hôm nay, ta sẽ khảo sát con lắc lò xo về mặt động lực học và năng lượng.
Cấu tạo con lắc lò xo
Một con lắc lò xo là một hệ bao gồm một lò xo nhẹ có độ cứng K gắn với quả cầu khối lượng m, đầu còn lại của lò xo được giữ cố định.
Có 3 dạng con lắc lò xo chính: Con lắc lò xo nằm ngang; con lắc lò xo treo thẳng đứng; con lắc lò xo nằm nghiêng. Trong chương trình cơ bản, ta sẽ chỉ khảo sát chuyển động của con lắc lò xo nằm ngang.
Chu kỳ – Tần số của con lắc lò xo
1) Tần số góc – ω (rad/s)
2) Chu kỳ – T (s): Thời gian để con lắc thực hiện một dao động
3) Tần số – f(Hz): Số dao động con lắc thực hiện được trong 1s
4) Bài toán phụ
– Lò xo k gắn vật nặng m1 thì dao động với chu kỳ T1
– Lò xo k gắn vật nặng m1 thì dao động với chu kỳ T2
a. Xác định chu kỳ dao động của vật khi gắn vật có khối lượng:
b. Xác định chu kỳ dao động của vật khi gắn vật có khối lượng m = m1 + m2 +….+ mn
c. Xác định chu kỳ dao động của vật khi gắn vật có khối lượng m = a.m1 + b.m2:
d. Xác định chu kỳ dao động của vật khi gắn vật có khối lượng m = |m1 – m2|:
Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng
Động năng của con lắc lò xo
Thế năng của con lắc lò xo
Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng
Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Một con lắc lò xo có khối lượng không đáng kể, độ cứng là k, lò xo treo thẳng đứng, bên dưới treo vật nặng có khối lượng m. Ta thấy ở vị trí cân bằng lò xo giãn ra một đoạn 16cm. Kích thích cho vật dao động điều hòa. Xác định tần số của con lắc lò xo. Cho g = π2 (m/s2)
Ví dụ 2: Một lò xo có độ cứng là k. Khi gắn vật m1 vào lò xo và cho dao động thì chu kỳ dao động là 0,3s. Khi gắn vật có khối lượng m2 vào lò xo trên và kích thích cho dao động thì nó dao động với chu kỳ là 0,4s. Hỏi nếu khi gắn vật có khối lượng m = 2m1 + 3m2 thì nó dao động với chu kỳ là bao nhiêu?
Ví dụ 3: Một con lắc lò xo khi gắn vật m với lò xo k1 thì chu kỳ là T1 = 3s. Nếu gắn vật m đó vào lò xo k2 thì dao động với chu kỳ T2 = 4s. Tìm chu kỳ của con lắc lò xo ứng với các trường hợp ghép nối tiếp và song song hai lò xo với nhau.
Xem thêm:
Tất tần tật lý thuyết + Công thức: Con Lắc Đơn
Công thức + Bài tập: Con lắc lò xo nằm ngang
Lý thuyết + Bài tập: Con lắc lò xo treo thẳng đứng
Tổng hợp công thức con lắc lò xo và bài tập áp dụng
