Phương trình vận tốc trong dao động điều hòa - vật lý 12

$v=\omega A\cos \left(\omega t+\phi +\frac{\mathrm{\pi }}{2}\right)$

Định nghĩa:

Vận tốc trung bình là thương số giữa độ dời vật di chuyển được và thời gian di chuyển hết độ đời đó.

Chú thích:

$V_{tb}$: vận tốc trung bình của vật (m/s).

$\Delta x$: độ dời của vật (m).

$\Delta t$: thời gian chuyển động của vật (s).

$x_2,x_1$: tọa độ của vật ở vị trí 1 và 2 (m)

$t_2,t_1$: thời điểm 1 và 2 trong chuyển động của vât (s)

Ứng dụng:

Công thức giúp xác định tọa độ của vật tại một thời điểm bất kì. Hoặc ngược lại dùng tọa độ đang có để xác định thời điểm của vật có mặt tại tọa độ đó.

Chú thích:

$x$: là tọa độ của vật tại thời điểm t (m).

$x_o$: là tọa độ ban đầu của vật ở thời điểm t=0s.

$v$: là vận tốc của vật (m/s).

$t$: thời gian chuyển động của vật (s).

Khái niệm chung:

Quãng đường S là tổng độ dịch chuyển mà vật đã thực hiện được. 

Quãng đường mang tính tích lũy, nó có thể khác với độ dời. Khi vật chuyển động thẳng theo chiều dương của trục tọa độ thì quãng đường chính là độ dời.

Trong thực tế khi làm bài tập, người ta thường chọn $x_o=0$ (vật xuất phát ngay tại gốc tọa độ). Nên thường có $S=x$ (quãng đường đi được bằng đúng tọa độ lúc sau của vật).

Chú thích:

$S$: là quãng đường (m).

$x,x_o$: là tọa độ của vật ở thời điểm đầu và sau (m).

v: vận tốc của chuyển động (m/s)

$t$: thời gian chuyển động (s)

Định nghĩa: Hình chiếu của một vật chuyển động tròn đều lên đường kính của nó là một dao động đều hòa.

Chú thích:

$x$: Li độ của chất điểm tại thời điểm $t$.

$t:$ Thời gian $\left(s\right)$.

$A$: Biên độ dao động ( li độ cực đại) của chất điểm $(cm, m)$.

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

$(\omega t+\phi )$: Pha dao động tại thời điểm $t$ $\left(rad\right)$.

$\phi$: Pha ban đầu của dao động tại thời điểm $t=0$ $(-\pi \le \phi \le \mathrm{\pi })$$\left(rad\right)$.

Đồ thị:

Đồ thị của tọa độ theo thời gian là đường hình sin.

Gia tốc là đạo hàm của vận tốc theo thời gian.

$a=v\text{'}=\left[-\omega A\sin (\omega t+\phi )\right]\text{'}=-{\omega }^{2}A\cos (\omega t+\phi )={\omega }^{2}A\cos (\omega t+\phi +\mathrm{\pi })$.

Chú thích:

$a$: Gia tốc của chất điểm tại thời điểm $t$ $(cm/s^2, m/s^2)$

$A$: Biên độ dao động (li độ cực đại) của chất điểm $(cm, m)$

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

$(\omega t+\phi )$: Pha dao động tại thời điểm $t$ $\left(rad\right)$

$\phi$: Pha ban đầu của chất điểm tại thời điểm $t=0$

$t:$Thời gian $\left(s\right)$

Liên hệ pha:

Gia tốc sớm pha $\frac{\mathrm{\pi }}{2}$ so với vận tốc $\iff$Vận tốc chậm (trễ) pha $\frac{\mathrm{\pi }}{2}$ so với gia tốc.

Gia tốc sớm pha $\mathrm{\pi }$ so với li độ ( $a$ ngược pha $x$).

Đồ thị:

Đồ thị gia tốc theo thời gian là đường hình sin.

Đồ thị gia tốc theo li độ là một đường thẳng.

Đồ thị gia tốc theo vận tốc là một elip.