Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về năng lượng của vật dao động điều hòa?

Đáp án đúng là D

Dựa vào công thức về cơ năng, thế năng, động năng, ta thấy Cơ năng bằng thế năng cực đại và khi đó vật đang ở vị trí biên tức là v = 0.

→ D đúng 

- A sai vì tại li độ cực đại, tốc độ của vật bằng không, dẫn đến động năng bằng không.

- B sai vì thế năng đạt giá trị cực đại tại li độ cực đại và bằng không tại vị trí cân bằng.

- C sai vì chỉ phụ thuộc vào khối lượng và độ cứng của hệ.

1. Cơ năng trong dao động điều hòa

Cơ năng (E) của vật dao động điều hòa là tổng của động năng (K) và thế năng (U). Trong suốt quá trình dao động, cơ năng của vật được bảo toàn, tức là không bị mất đi mà chỉ chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng. Công thức cơ bản là:

$$E = K + U$$

Vì cơ năng được bảo toàn, tổng động năng và thế năng luôn không đổi trong một chu kỳ dao động.

2. Tại điểm biên (vận tốc bằng 0)

Khi vật ở vị trí biên (điểm xa nhất từ vị trí cân bằng), vận tốc của vật bằng 0. Trong trường hợp này, toàn bộ cơ năng đã chuyển hóa thành thế năng, và thế năng này đạt giá trị cực đại. Vì vậy, khi vận tốc bằng 0, động năng (K) bằng 0, và thế năng (U) bằng cơ năng (E). Đây là lúc mà thế năng chiếm toàn bộ cơ năng của hệ thống.

3. Tại vị trí cân bằng (vận tốc cực đại)

Khi vật đi qua vị trí cân bằng (vị trí mà vật có vận tốc cực đại), thế năng bằng 0, vì tại đây lực kéo về bằng 0. Lúc này, toàn bộ cơ năng chuyển hóa thành động năng.

4. Mối quan hệ giữa thế năng và cơ năng

Vì cơ năng của hệ dao động điều hòa là bảo toàn, khi vật đạt đến điểm biên và vận tốc bằng 0, thế năng của vật sẽ bằng cơ năng. Trong suốt chu kỳ dao động, thế năng và động năng thay đổi liên tục nhưng tổng cơ năng luôn không đổi.

Như vậy, phát biểu là đúng vì khi vật dao động ở điểm biên và vận tốc bằng 0, toàn bộ cơ năng đã chuyển thành thế năng.