Khảo sát dao động của con lắc lò xo nằm ngang. Tìm công thức của lực kéo về

Giải Vật lí 12 Bài 2: Con lắc lò xo

Bài 1 (trang 13 sgk Vật Lí 12): Khảo sát dao động của con lắc lò xo nằm ngang. Tìm công thức của lực kéo về.

Lời giải:

+ Xét con lắc lò xo như hình vẽ:

Chọn trục tọa độ 0x song song với trục của lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài l của lò xo.

Chọn gốc tọa độ O tại vị trí cân bằng.

Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng cho lò xo giãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, vật sẽ dao động trên một đoạn thẳng quanh vị trí cân bằng.

+ Tại vị trí cân bằng: $\overrightarrow{\mathrm{P}}+\overrightarrow{\mathrm{N}}=\overrightarrow{0}\left(1\right)$

+ Tại vị trí có li độ x bất kì: $\overrightarrow{\mathrm{P}}+\overrightarrow{\mathrm{N}}+\overrightarrow{{\mathrm{F}}_{\mathrm{đh}}}=\mathrm{m}\overrightarrow{\mathrm{a}}\left(2\right)$

Chiếu phương trình (2) lên trục Ox ta được:

 F_đh = ma

$\iff$ - kx = ma

$\Rightarrow \mathrm{a}=-\frac{\mathrm{k}}{\mathrm{m}}.\mathrm{x}$

Đặt ${\mathrm{\omega }}^2=\frac{\mathrm{k}}{\mathrm{m}}$

Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa theo phương trình:

 x = Acos($\mathrm{\omega t}+\mathrm{\phi }$)

+ Hợp lực tác dụng lên con lắc chính là lực kéo về, do vậy:

F_hl = F_{kéo về} = ma = - kx = - mω²x

Lực kéo về luôn hướng về vị trí cân bằng, có độ lớn tỉ lệ với li độ và là lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hòa.

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí lớp 12 hay, chi tiết khác:

Câu C1 trang 11 Vật lí 12: Chứng minh rằng...

Câu C2 trang 12 Vật lí 12: Hãy cho biết một cách định tính, thế năng và động năng của con lắc thay đổi thế nào...

Bài 2 trang 13 Vật lí 12: Nêu công thức tính chu kì của con lắc lò xo...

Bài 3 trang 13 Vật lí 12: Viết công thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo...

Bài 4 trang 13 Vật lí 12: Chọn đáp án đúng. Công thức tính chu kì dao động của con lắc lò xo là...

Bài 5 trang 13 Vật lí 12: Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Lò xo có độ cứng k = 40 N/m...

Bài 6 trang 13 Vật lí 12: Một con lắc lò xo gồm một khối lượng m = 0,4 kg...