Công thức tính lực phục hồi của con lắc đơn - vật lý 12

Khái niệm:

Khối lượng vừa là một đặc tính của cơ thể vật lý vừa là thước đo khả năng chống lại gia tốc của nó (sự thay đổi trạng thái chuyển động của nó) khi một lực ròng được áp dụng. Khối lượng của một vật thể cũng xác định sức mạnh của lực hấp dẫn của nó đối với các vật thể khác. Đơn vị khối lượng SI cơ bản là kilogram.

Trong một số bài toán đặc biệt của Vật Lý, khi mà đối tượng của bài toán có kích thước rất nhỏ (như tính lượng kim loại giải phóng ở bình điện phân, xác định số mol của một chất v....v...). Người ta sẽ linh động sử dụng "thước đo" phù hợp hơn cho khối lượng làm gam.

Đơn vị tính: 

Kilogram - viết tắt (kg)

Gram - viết tắt (g)

Khái niệm:

l là chiều dài của dây treo.

Đơn vị tính: mét (m)

Khái niệm: 

$s$ là li độ dài của con lắc đơn, là chiều dài cung quét tính từ một vị trí bất kì đến vị trí cân bằng của con lắc đơn.

Đơn vị tính: mét $\left(m\right)$

Khái niệm:

$\alpha$ là góc quét mà dao động con lắc đơn quét được từ vị trí bất kì đến vị trí cân bằng.

Đơn vị tính: radian $\left(rad\right)$

Khái niệm:

Tần số góc của con lắc đơn là độ quét góc nhanh hay chậm trong một khoảngđơn vị thời gian.

Đơn vị tính: rad/s

Khái niệm:

- Lực kéo về (lực hồi phục) là lực hoặc hợp lực của các lực tác dụng vào vật dao động và luôn hướng về vị trí cân bằng.

- Con lắc lò xo nằm ngang thì lực đàn hồi là lực hồi phục

Đơn vị tính: Newton $\left(N\right)$

Phát biểu:

Gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng. Độ lớn tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Chú thích:

$a$: gia tốc của vật $(m/s^2)$.

$F$: lực tác động $\left(N\right)$.

$m$: khối lượng của vật $\left(kg\right)$.

Qua hình ảnh minh họa ta thấy khối lượng và gia tốc của vật là hai đại lượng tỉ lệ nghịch với nhau. Khối lượng càng nhỏ thì gia tốc lớn và ngược lại.

Phát biểu:

Lực hấp dẫn giữa hai vật( coi như hai chất điểm) có độ lớn tỉ lệ thuận với tích của hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Chú thích:

$m_1;m_2$: khối lượng của hai vật 1 và 2 $\left(kg\right)$.

$G$: hằng số hấp dẫn $6,67.{10}^{-11}\left(\frac{N.m^2}{k{g}^2}\right)$.

$r$: khoảng cách giữa hai vật $\left(m\right)$.

$F_{hd}$: lực hấp dẫn $\left(N\right)$.

Giải thích:

Trọng lục là một trường hợp đặc biệt của lực hấp dẫn. Khi mà một trong hai vật là Trái Đất.

Nói cách khác, trọng lực là lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên một vật đặt cạnh nó.

Chú thích:

$G$: hằng số hấp dẫn $6,67.{10}^{-11}\left(\frac{N.m^2}{k{g}^2}\right)$.

$M$: khối lượng trái đất $\approx 6.{10}^{24}\left(kg\right)$.

$m$: khối lượng vật đang xét $\left(kg\right)$.

$R_{trái đất}$: bán kính trái đất $\approx 6400\left(km\right)$.

$h$: khoảng cách từ mặt đất đến điểm đang xét $\left(m\right)$.

$F_{hd}$: lực hấp dẫn $\left(N\right)$. 

$P$: trọng lực $\left(N\right)$. 

$g$: gia tốc trọng trường $\left(m/s^2\right)$.

Áp dụng tỉ số lượng giác ta có: $h=l(1-\cos \alpha )$.

Từ đây suy ra $h_{max}=l(1-\cos {\alpha }_o)$.

Mà thế năng lại được tính bằng: $W_t=m.g.z$ 

Vậy $\left\{\begin{array}{l}{W}_t=m.g.l(1-\cos \alpha )\\ W_{t max}=m.g.l(1-\cos {\alpha }_o)\end{array}\right.$

Chú thích:

$W_t;W_{t max}$: thế năng, thế năng cực đại $\left(J\right)$.

$m$: khối lượng vật năng $\left(kg\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

$l$: chiều dài dây treo $\left(m\right)$.

$\alpha$: góc lệc giữa dây treo với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$hoặc $\left(rad\right)$.

Chú thích:

$v$: vận tốc của vật $(m/s)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

$l$: chiều dài dây treo $\left(m\right)$.

$\alpha$: góc lệc giữa dây treo với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$hoặc $\left(rad\right)$.