Lý thuyết Vật lý 11 Kết nối tri thức Bài 5: Động năng, thế năng. Sự chuyển hoá năng lượng trong dao động điều hoà

Tóm tắt Lý thuyết Vật lý 11 Kết nối tri thức Bài 5: Động năng, thế năng. Sự chuyển hoá năng lượng trong dao động điều hoà theo chương trình Sách mới ngắn gọn nhất. Tổng hợp lý thuyết Vật lý 11 trọn bộ chi tiết, đầy đủ.

Bài 5: Động năng, thế năng. Sự chuyển hoá năng lượng trong dao động điều hoà
 

I. Động năng

- Động năng của vật dao động điều hoà được xác định bởi biểu thức: W_đ = ½mv². Thay v = -ωAsin(ωt + φ) vào, ta được: 

W_đ = ½mω²A²sin²(ωt + φ)

W_đ = ½mω²A²[1 - cos²(ωt + φ)]

- Thay x = Acos(ωt + φ) vào ta được: W_đ = ½mω²(A²-x²). Công thức này cho biết sự biến thiên của động năng theo li độ x.

- Hình 5.1 là đồ thị chỉ sự biến thiên của động năng theo li độ x có giá trị cực đại: W_đmax = ½mω²A².

+ Khi vật đi từ vị trí cân bằng tới vị trí biên thì động năng của vật đang từ cực đại giảm đến 0.

+ Khi vật đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng thì động năng của vật tăng từ 0 đến giá trị cực đại. 

II. Thế năng

- Theo định luật bảo toàn năng lượng, nếu bỏ qua ma sát thì động năng của vật không mất đi mà chuyển dần thành thế năng của vật và ngược lại. 

W_t = ½W_đmax - W_đ(x) = ½mω²A² - [½mω²A² - ½mω²x²]

W_t = ½mω²x². Công thức này cho biết sự biến thiên của thế năng theo li độ.

- Đồ thị biến thiên của thế năng theo li độ x có giá trị cực đại: W_tmax = W_đmax = ½mω²A²

III. Cơ năng

- Trong dao động điều hoà, có sự chuyển hoá qua lại giữa động năng và thế năng của vật

- Cơ năng, tức tổng động năng và thế năng được bảo toàn:  W = W_đ = W_t = ½mω²A²

IV. Cơ năng của con lắc đơn và con lắc lò xo

1. Con lắc lò xo

- Nếu bỏ qua ma sát thì dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. 

- Thế năng của con lắc lò xo là thế năng đàn hồi của lò xo khi bị biến dạng.

- Nếu chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc lò xo khi vật ở li độ x là: W_t = ½kx² với k là độ cứng của lò xo.

=> suy ra ω=√(k/m) và chu kì của con lắc lò xo là: T =  2π√(m/k)

- Cơ năng của con lắc lò xo là : W = W_đ + W_t = ½mv² + ½kx²

W = ½ mω²A² sin²(ωt + φ) + ½mω²A²cos²(ωt + φ) = ½mω²A²[sin²(ωt + φ) + cos²(ωt + φ)] = ½ mω²A² = hằng số

2. Con lắc đơn

- Vị trí của con lắc đơn được xác định bằng li độ dài s hay li độ góc α.

- Thế năng của con lắc đơn là thế năng trọng trường.

- Chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc ở li độ góc α là :

W_t = mgℓ(1 - cosα)

- Ta có: (1 – cosα) = 2sin²(α/2) với α nhỏ sin(α/2) ≈ (α/2) (α tính theo rad)

W_t = mgℓ(α²/2) với α=s/ℓ => W_t = mgℓ(s²/2ℓ²) = ½m(g/ℓ)s²

- Tại vị trí biên, li độ dài s của con lắc cực đại bằng A. Khi đó, động năng của con lắc bằng 0, do đó thế năng của con lắc bằng cơ năng.

ω = √g/ℓ

W_t = ½ mω²A²cos²(ωt + φ)

- Động năng của con lắc ở li độ góc a là động năng của vật m:

W_đ = ½mv² = ½mω²A²sin²(ωt + φ)

- Tương tự với con lắc lò xo ta có: W = ½mω²A² = hằng số.

>>> Xem toàn bộ: 

- Lý thuyết Vật lý 11 Kết nối tri thức

- Sơ đồ tư duy Vật lý 11 Kết nối tri thức

- Trắc nghiệm Vật lý 11 Kết nối tri thức

-------------------------------------------

Trên đây Toploigiai đã cùng các bạn Tóm tắt Lý thuyết Vật lý 11 Kết nối tri thức Bài 5: Động năng, thế năng. Sự chuyển hoá năng lượng trong dao động điều hoà theo chương trình Sách mới ngắn gọn nhất. Mời các bạn hãy click ngay vào trang chủ Toploigiai để tham khảo và chuẩn bị bài cho năm học mới Lớp 11 nhé. Chúc các bạn học tốt.