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

Định nghĩa : năng lượng mà lò xo có được khi bị biến dạng đàn hồi.Thế năng biến thiên điều hòa theo t với chu kì $\frac{T}{2}$

Công thức : $W_t=\frac{1}{2}k{x}^2=\frac{1}{2}k{A}^2{\cos }^2\left(\omega t+\phi \right)$

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

Chú thích:

$W_t:$ 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 $\left(N/m\right)$.

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

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

Định nghĩa : năng lượng mà lò xo có được dưới dạng chuyển động.Động năng biến thiên điều hòa theo t với chu kì $\frac{T}{2}$

Công thức : $W_{đ}=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}k{A}^2{\sin }^2\left(\omega t+\phi \right)=\frac{1}{2}k\left(A^2-x^2\right)$

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

Chú thích:

$W_{đ}:$ Động 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 $\left(m\right) ; \left(cm\right)$

Độ cứng cùa lò xo mắc song song bằng  tổng các độ cứng của các lò xo thành phần.

Công thức:

                 $k_{ss}=k_1+k_2$

Với :  + $k_{ss} :$độ cứng của lò xo khi mắc song song $\left(N/m\right)$

          +$k_1,k_2:$độ cứng của lò xo thành phần $\left(N/m\right)$

Công thức:

$k_0{l}_0=k_1{l}_1=k_2{l}_2=k\text{'}l\text{'}$

Với $k\text{'}$ là độ cứng của lò xo sau khi cắt $\left(N/m\right)$

      $k_0$là độ cứng của lò xo ban đầu $\left(N/m\right)$

     $l_0$ là chiều dài ban đầu của lò xo $\left(m\right)$

     $l\text{'}$  là chiều dài lúc sau của lò xo $\left(m\right)$

Chú ý: Lò xo càng cắt ngắn độ cứng càng tắng

Có thể áp dụng khí nối thêm lò xo cùng chất liệu.

Độ cứng cùa lò xo mắc nối tiếp bằng nghịch đảo tổng nghịch đảo của  độ cứng của các lò xo thành phần.

Công thức:

                 $\frac{1}{k_{nt}}=\frac{1}{k_1}+\frac{1}{k_2}$

Với :  + $k_{nt} :$độ cứng của lò xo khi mắc nối tiếp $\left(N/m\right)$

          +$k_1,k_2:$độ cứng của lò xo thành phần $\left(N/m\right)$

Chú thích:

$l_{max}$: Chiều dài lớn nhất mà lò xo đạt được khi thực hiện dao động điều hòa $(cm, m)$.

$l_{CB}$: Chiều dài lò xo khi gắn vật và chưa dao động $(cm, m)$.

$l_{min}$: Chiều dài ngắn nhất mà lò xo đạt được khi thực hiện dao động điều hòa $(cm, m)$.

Chứng minh công thức:

+Từ $\left\{\begin{array}{l}{l}_{max}=l_{CB}+A\\ l_{min}=l_{CB}-A\end{array}\right.\iff \left\{\begin{array}{l}{l}_{CB}=l_{max}-A\\ l_{CB}=l_{min}+A\end{array}\right.$

Cộng vế theo vế ta được $2l_{CB}=l_{max}+l_{min}\Rightarrow \boxed{l_{CB}=\frac{l_{max}+l_{min}}{2}}$

Chiều dài con lắc lò xo lớn nhất khi vật đạt đến vị trí biên dưới khi dao động điều hòa.

Chú thích :

$l_{max}$: Chiều dài lớn nhất mà lò xo đạt được khi thực hiện dao động điều hòa $(cm, m)$.

$l_{CB}$: Chiều dài lò xo khi gắn vật và chưa dao động $(cm, m)$.

$A$: Biên độ dao động của con lắc lò xo $(cm, m)$.

$∆l:$ Độ dãn khi kéo ra rồi thả của lò xo $\left(m\right)$

Chiều dài con lắc lò xo ngắn nhất khi vật đạt đến vị trí biên trên khi dao động điều hòa.

Chú thích :

$l_{min}$: Chiều dài ngắn nhất mà lò xo đạt được khi thực hiện dao động điều hòa $(cm, m)$.

$l_{CB}$: Chiều dài lò xo khi gắn vật và chưa dao động $(cm, m)$.

$A$: Biên độ dao động của con lắc lò xo $(cm, m)$.

$-∆l:$Độ nén ban đầu rồi thả của lò xo $\left(m\right)$

Chú thích:

$∆l_0$: Độ biến dạng (độ dãn hay nén) của lò xo tại vị trí cân bằng $(cm, m)$.

$l_{cb}$: Chiều dài lò xo khi gắn vật và chưa dao động $(cm, m)$.

$l_0$: Chiều dài tự nhiên (chiều dài ban đầu) của lò xo $(cm, m)$

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

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

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

Chú thích:

$\omega$: Tốc độ góc (Tần số góc) $(rad/s)$.

$f$: Tần số dao động $\left(Hz\right)$.

T: Chu kỳ dao động $\left(s\right)$.

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

$k$: Độ cứng của lò xo $(N/m)$

$∆l_0$: Độ dãn của lò xo tại vị trí cân bằng  $\left(m\right)$

$g$: Gia tốc trọng trường $(m/s^2)$