Con lắc đơn là một hệ thống gồm một vật nhỏ có khối lượng m, treo tại một sợi dây không đàn hồi có độ dài l. Vật nhỏ này sẽ chịu tác dụng của ngoại lực và dao động quanh vị trí cân bằng trong mặt phẳng đứng.
Mục lục
Lý thuyết con lắc đơn
Con lắc đơn là gì?
Con lắc đơn được định nghĩa là một hệ thống gồm 1 vật nhỏ có khối lượng m, treo tại 1 sợi dây không đàn hồi có độ dài l, khối lượng không đáng kể.
Vị trí cân bằng của con lắc đơn
Vị trí cân bằng của con lắc đơn lớp 12 là vị trí mà dây treo có phương thẳng đứng. Khi ta lệch quả cầu khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra, ta thấy con lắc đơn chịu tác dụng của ngoại lực và dao động quanh vị trí cân bằng trong mặt phẳng đứng đi qua điểm treo và vật ban đầu.
Tổng hợp công thức về con lắc đơn
Phương trình dao động
Phương trình dao động của con lắc đơn có dạng: s = Acos(ωt + φ), trong đó:
- s: cung dao động (cm, m,…)
- A: biên độ cung (cm, m,…)
- ω: tần số góc (rad/s)
- t: thời gian (s)
- φ: pha ban đầu (rad)
Tần số và chu kỳ
Công thức tính chu kỳ: T = 1/f
Công thức tính tần số: f = 1/T
Lưu ý:
- Con lắc đơn có chiều dài bằng l1 thì sẽ dao động với tần số là f1.
- Con lắc đơn có chiều dài là l2 thì sẽ dao động với tần số là f2.
- Con lắc đơn có chiều dài l thì sẽ dao động với chu kỳ và tần số là:
Vận tốc và lực căng dây
Công thức tính vận tốc: v = -Aωsin(ωt + φ)
Công thức tính lực căng dây T: T = mg(3cosα – 2cosα0)
Tmax = mg(3 – 2cosα0) (vật ngang qua vị trí cân bằng)
Tmin = mg(cosα0) (vật đạt vị trí biên)
Cơ năng, động năng, thế năng
Khi bỏ qua ma sát, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn: W = 1/2mv^2 + mgl(1 – cosα)
Động năng của con lắc đơn: Wđ = 1/2mv^2
Thế năng của con lắc đơn tính ở li độ góc: Wt = mgl(1 – cosα)
Từ 3 công thức cơ năng, động năng và thế năng của con lắc đơn, ta có công thức tính năng lượng của con lắc đơn: W = Wđ + Wt
Trên đây là toàn bộ kiến thức và công thức về con lắc đơn trong chương trình Vật lý lớp 12. Hiểu rõ về con lắc đơn sẽ giúp bạn áp dụng vào giải các bài tập và ôn thi tốt nghiệp THPT Quốc gia môn Vật Lý.
