Công thức liên quan Vấn đề 1: Đại cương về con lắc đơn.

$s_0$ biên độ dài

${\alpha }_0$ biên độ góc

$s_0=\frac{v_{max}}{\omega }=\sqrt{s^2+{\left(\frac{v}{\omega }\right)}^2}=\frac{a_{max}}{{\omega }^2}$

$v_{max}=\frac{a_{max}}{\omega }=\sqrt{v^2+{\left(\frac{a}{\omega }\right)}^2}$

Chú thích:

$T$: chu kì dao động $\left(s\right)$

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

$g:$ gia tốc trọng trường $(m/s^2)$

- Chu kì dao động của con lắc đơn có chiều dài $l_1$ và $l_2$ lần lượt là $T_1$ và $T_2$ thì:

Chu kì con lắc có chiều dài  $l=l_1+l_2$ là  $T=\sqrt{{a{T}^2}_1+{b{T}^2}_2}$

Chu kì con lắc cò chiều dài $l=l_2-l_1$ , $l_2>l_1$là    $T=\sqrt{{T^2}_2-{T^2}_1}$

Chu kì con lắc cò chiều dài $l=a{l}_2+b{l}_1$ , là   $T=\sqrt{{a{T}^2}_1+{b{T}^2}_2}$

Công thức:

            $s=l\alpha$

Chú thích :

$s:$Li độ dài của con lắc đơn $\left(m\right)$

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

$\alpha :$Li độ góc của con lắc đơn $\left(rad\right)$

Gia tốc tiếp tuyến $a$ $\left(m/s^2\right)$: gia tốc tiếp tuyến có phương tiếp tuyến với quỹ đạo dao động con lắc đơn 

            +   Công thức : $a=-{\omega }^{2}s$

$a$  cực đại tại VTCB , cực tiểu tại biên

Gia tốc pháp tuyến $a_n$$\left(m/s^2\right)$:gia tốc tiếp tuyến có phương vuông tiếp tuyến với quỹ đạo dao động con lắc đơn 

          + Công thức : $a_n=\frac{v^2}{l}$

Gia tốc toàn phần $a_{tp}$ $\left(m/s^2\right)$: Tổng hợp vecto gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến.

$\overrightarrow{a_{tp}}=\overrightarrow{a}+\overrightarrow{a_n}$$\Rightarrow a_{tp}=\sqrt{a^2+{a^2}_n}$

Công thức:

$v=\sqrt{2gl\left(\cos \left(\alpha \right)-\cos \left({\alpha }_0\right)\right)}$ hay $v=\omega \sqrt{{s_0}^2-s^2}$

+ $v_{max}=\sqrt{2gl\left(1-\cos \left({\alpha }_0\right)\right)}$ tại VTCB

+ $v_{min}=0$ tại 2 biên

Với góc nhỏ : $v=\sqrt{gl\left({{\alpha }^2}_0-{\alpha }^2\right)}$

Hoặc $v=-s_0\omega \cos \left(\omega t+\phi \right)$

Chú thích:

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

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

$l:$ Chiều dài dây $\left(m\right)$.

$\alpha :$Li độ góc $\left(rad\right)$

${\alpha }_0 :$Biên độ góc $\left(rad\right)$

Chứng minh công thức:

Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có:

$W_{đ}=W-W_t$

Lại có $\left\{\begin{array}{l}W=W_{tmax}=m.g.h_{max}=mgl(1-\cos {\alpha }_o) \left(2\right)\\ W_t=m.g.h=mgl.(1-\cos \alpha ) \left(3\right)\end{array}\right.$

Xem hình vẽ dưới đây để chứng minh công thức số (2) và (3)

Bằng mối quan hệ trong tam giác vuông ta có $\left\{\begin{array}{l}{h}_{max}=l(1-\cos {\alpha }_o)\\ h=l(1-\cos \alpha )\end{array}\right.$

Từ đây suy ra được:  $W_d=W-W_t$

$$\begin{gathered} \iff \frac{1}{2}m{v}^2=mgl(\cos \alpha -\cos {\alpha }_o) \\ \iff v^2=2gl(\cos \alpha -\cos {\alpha }_o) \\ \iff v=\sqrt{2gl(\cos \alpha -\cos {\alpha }_o)} \end{gathered}$$