Lý thuyết Vật lý 12 Bài 3. Con lắc đơn

Lý thuyết Vật lý 12 Bài 3. Con lắc đơn

Tham khảo: 

>>> Soạn Bài 3. Con lắc đơn

>>> Sơ đồ tư duy Vật lí 12 Bài 3 (Lý thuyết + Trắc nghiệm)

I. Thế nào là con lắc đơn?

1. Định nghĩa

Con lắc đơn gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo ở đầu của một sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể, dài l.

2. Vị trí cân bằng

Là vị trí mà dây treo có phương thẳng đứng.

Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch khỏi vị trí cân bằng một góc rồi thả ra, ta 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.

Ta hãy xét xem dao động của con lắc đơn có phải là dao động điều hòa hay không?

II. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học

- Khảo sát dao động của con lắc đơn như hình vẽ

- Trong khi dao động, vật chịu tác dụng của trọng lực 

   và lực căng 

Trọng lực 

gồm 

và 

Hợp lực 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: P_t = -mgsinα.

Vậy dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa.

Nếu li độ góc α nhỏ thì sinα≈α (rad) nên lực kéo về 

Vậy, khi dao động nhỏ (sinα≈α (rad)), con lắc đơn dao động điều hòa theo phương trình: s = s₀cos(ωt + φ).

Chu kì: 

 với s₀ = lα₀ là biên độ dao động.

III. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng

1. Động năng của con lắc đơn:

2. Thế năng của con lắc đơn ở li độ góc α:

W_t = mgl(1 − cosα) (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 mọi ma sát:

      = hằng số

IV. Ứng dụng: xác định gia tốc rơi tự do

Đo gia tốc trọng trường trong lĩnh vực địa chất.

Xem thêm Giải bài tập Vật lý 12: Bài 3. Con lắc đơn