Công thức liên quan Bài 2: Con lắc lò xo.

Va chạm đàn hồi : con lắc lò xo có $m_1$ va chạm với vật $m_{2 }$ có vận tốc lần lượt $v_1;v_2$

Bảo toàn động lượng : $m_1{v}_{1\text{'}}+m_2{v}_2=m_1{v}_{1\text{'}}\text{'}+m_2{v}_2\text{'}$

Bảo toàn cơ năng : $\frac{1}{2}{m}_1{v_{1\text{'}}}^2+\frac{1}{2}{m}_2{v_2}^2=\frac{1}{2}{m}_1{v_1\text{'}}^2+\frac{1}{2}{m}_2{v}_2{\text{'}}^2$

$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{v}_1\text{'}=\frac{\left(m_2-m_1\right)v_2+2m_1{v}_1}{m_1+m_2}\\ v_2\text{'}=\frac{\left(m_1-m_2\right)v_1+2m_2{v}_2}{m_1+m_2}\end{array}\right.$

Công thức :

$\begin{array}{l}\omega \text{'}=\omega \\ A\text{'}=\sqrt{x^2+{\left(\frac{v_1\text{'}}{\omega \text{'}}\right)}^2}\end{array}$

Với x là vị trí so với VTCB mà vật bắt đầu va chạm

Công thức:

$Q=\frac{1}{2}{m}_1{v_1}^2+\frac{1}{2}{m}_2{v_2}^2-\frac{1}{2}\left(m_1+m_2\right)V^2$

Với : $Q:$ Nhiệt lượng tòa ra  $\left(J\right)$

         $V:$ Vận tốc sau va chạm mềm $\left(m/s\right)$

         $m_1;m_2 :$Khối lượng của vật $\left(kg\right)$

         $v_1,v_2:$ Vận tốc ban đầu của vật $\left(m/s\right)$

Cho hai vật $m_1$ và $m_2$ được gắn lần lượt vào lo xo có độ cứng k thì có chu kì lần lượt là $T_1 và T_2$.

Tính chu kì $m\text{'}=a.m_1+b.m_2$ gằn vào lò xo k với $\left(a,b\in R và m\text{'}>0\right)$

Chu kì mới $T\text{'}$ là 

$T\text{'}=\sqrt{a{T_1}^2+b{T_2}^2}$

Ví dụ tính chu kì khi $m\text{'}=m_1-m_2$ thì $T\text{'}=\sqrt{{T_1}^2-{T_2}^2}$

Công thức

$T=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{m}{k}}=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{∆{\mathrm{l}}_0}{\mathrm{gsin}\left(\mathrm{\alpha }\right)}}$

Với T : Chu kì con lắc lò xo trên mặt nghiêng $\left(s\right)$

       $∆l_0$: Độ biến dạng ban đầu của lò xo $\left(m\right)$

        g: Gia tốc trong trường $\left(m/s^2\right)$

        k : Độ cứng của lò xo $\left(N/m\right)$

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

        $\alpha$: Góc nghiêng $\left(rad\right)$

Công thức :

 $f=\frac{2\mathrm{\pi }}{\omega }=\frac{1}{T}=\frac{N}{t}$

Với $f$ : tần số quay của thanh $\left(Hz\right)$.

      $\omega$ : tốc độ góc $\left(rad/s\right)$.

      N: số vòng

      t : thời gian $\left(s\right)$

Công thức:

        $∆t=\frac{\alpha }{\omega }$

Với $∆t$ : Khoảng thời gian $\left(s\right)$.

       $\alpha$: Góc quay $\left(rad\right)$

       $\omega$: Tốc độ góc của con lắc lò xo $\left(rad/s\right)$.

$∆t$ max giữa lần liên tiếp khi hai vị trí đối nhau qua biên.

$∆t$ min giữa lần liên tiếp khi hai vị trí đối nhau qua VTCB

Khi ở bài tập liên quan đến các loại năng lượng ta nên chuyển về li độ và tìm.

$F_{đh}=k∆l$

Khi lò xo nằm ngang :

$\overrightarrow{F_{đh}}=-k\overrightarrow{x}$

$F_{đh}$ cực đại tại hai biên và cực tiểu tại vị trí cân bằng

Khi lò xo treo thẳng đứng :

$\overrightarrow{F_{đh}}=-k\overrightarrow{\left(x+∆l_0\right)}$

Trường hợp 1 : $A>∆l_0$

$F_{đh}$ max =$k\left(A+∆l_0\right)$ tại biên dưới

$F_{đh}$ min tại vị trí không biến dạng

Tại biên trên : $F_{đh}=k\left(A-∆l_0\right)$

Trường hợp 2: $A< ∆l_0$

$F_{đh} max =kA$ tại biên dưới

Ta lấy tỉ số : $\frac{t}{T}=n+m+q$

Với n là số tự nhiên dương ví dụ : 1,3,5,6,7,8,14,...

      m là số bán nguyên ví dụ : 0,5 ; 1,5

      q là phần dư nhỏ hơn 0,5

Quãng đường vật đi : $S=4A.n+2A.m+s$

Tính s : 

+$\alpha =\omega qT=2\pi q$

+$x_2=A\cos \left(2\pi q+\phi \right)$

Khi hướng về biên

Khi $\alpha +\phi <\frac{\pi }{2}$; $s=x_2-x_0$

Khi $\alpha + \phi > \frac{\mathrm{\pi }}{2}$; $s=2A-x_2-x_0$

Khi hướng về vị trí cân bằng:

$s=x_2+x_0$

Định nghĩa : Tổng các dạng năng lượng mà lò xo có được .Cơ năng có giá trị xác định (không biến thiên theo t) và bảo toàn khi bỏ qua ma sát.

Công thức : $W=W_{đ}+W_t=\frac{1}{2}m{v}^2+\frac{1}{2}k{x}^2=\frac{1}{2}k{A}^2=\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2=\frac{1}{2}m{v^2}_{max}$

Chú ý : Động năng cực đại ở VTCB, cực tiểu ở biên.

Chú thích:

$W :$ Cơ năng của lò xo $\left(J\right)$

$W_{đ}:$ Động năng của lò xo $\left(J\right)$.

$W_t :$Thế năng của lò xo $\left(J\right)$.

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

$v:$ Vận tốc của vật $\left(m/s\right)$.

$A :$ Biên độ dao động cùa lò xo $\left(m\right) ; \left(cm\right)$

$k:$Độ cứng của lò xo $\left(N/m\right)$.

$x:$Li độ của vật $\left(m\right) ; \left(cm\right)$

Phương trình dao động của con lắc lò xo:

Vị trí cân bằng là vị trí lò xo không bị biến dạng.Tốc độ góc của phương trình dao động là tốc độ góc của con lắc lò xo

               $x=A\cos \left(\omega t+\phi \right)$

Với $x :$ Li độ của con lắc lò xo $\left(cm\right) ; \left(m\right)$.

     $A :$ Biên độ dao động của con lắc lò xo $\left(cm\right) ; \left(m\right).$

     $\omega :$Tốc độ góc của con lắc lò xo $\left(rad/s\right)$

     $\phi :$Pha ban đầu $\left(rad\right)$

     $t :$Thời điểm $\left(s\right)$

Bước 1: Tính $\omega =\sqrt{\frac{k}{m}}$, A

Bước 2: Xác định pha ban đầu $\phi$