Công thức vật lý 12 chương 1: dao động cơ, bài 2: con lắc lò xo

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

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 $\phi$

$\left\{\begin{array}{l}\omega \text{'}=\sqrt{\frac{k}{m_1+m_2}}\\ A\text{'}=\sqrt{x^2+{\left(\frac{V}{\omega \text{'}}\right)}^2}\end{array}\right.$

Va chạm mềm : con lắc lò xo có $m_1$ va chạm với vật $m_{2 }$ có vận tốc lần lượt $v_1;v_2$.Sau va chạm hai vật bi dính lại và chuyển động cùng vật tốc.

Bảo toàn động lượng : $m_1{v}_{1\text{'}}+m_2{v}_2=\left(m_1+m_2\right)V$

$\Rightarrow V=\frac{m_1{v}_{1\text{'}}+m_2{v}_2}{\left(m_1+m_2\right)}$ , $V$ là vận tốc sau va chạm$\left(m/s\right)$

Công thức :

$\begin{array}{l}\omega \text{'}=\sqrt{\frac{k}{m_1+m_2}}\\ A\text{'}=\sqrt{x^2+{\left(\frac{V}{\omega \text{'}}\right)}^2}\end{array}$

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

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

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 $\left(N/m\right)$

$$\begin{gathered} \frac{1}{{T_{ss}}^2}=\frac{1}{{T_1}^2}+\frac{1}{{T_2}^2} \\ {f_{ss}}^2={f_1}^2+{f_2}^2 \end{gathered}$$

Với $T_{ss}$ : Chu kì con lắc lò xo mắc song song $\left(s\right)$

       $f_{ss}:$ Tần số lò xo mắc song song

Chú ý: Khi có n lò xo có cùng độ cứng $k$

$k_{nt}=nk$ suy ra $T_{ss}=\frac{T}{\sqrt{n}}$;$f_{ss}=f\sqrt{n}$

$k_{ss}=k_1+k_2$

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 $\left(N/m\right)$

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

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 $T\text{'}=\sqrt{{T_1}^2-{T_2}^2}$

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

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.

$a=-{\omega }^{2}A\cos \left(\omega t+\phi \right)$

Phương trình gia tốc của con lắc lò xo

 $a=-{\omega }^{2}A\cos \left(\omega t+\phi \right)$

Với   $A:$Biên độ $\left(m\right)$

     $\omega =\sqrt{\frac{k}{m}}$ Tần số góc con lắc lò xo $\left(rad/s\right)$

     $a:$Gia tốc của vật $\left(m/s^2\right)$

Chú ý : 

+ Gia tốc chậm pha $\pi$ li độ dài , li độ góc ; chậm pha $\frac{\pi }{2}$ với vận tốc , cực đại tại VTCB và bằng 0 tại Biên. 

+ Với góc $\alpha$ nhỏ ta có hệ thức :  ,$a=-{\omega }^{2}x$, $a_{max}={\omega }^{2}A$

$v=x\text{'}=-\omega A\sin \left(\omega t+\phi \right)$

Phương trình vận tốc của con lắc đơn

$v=x\text{'}=-\omega A\sin \left(\omega t+\phi \right)$

Với $x:$Li độ $\left(m\right)$

      $A:$Biên độ $\left(m\right)$

     $\omega :$ Tần số góc con lắc lò xo $\left(rad/s\right)$

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

Chú ý : 

+ Vận tốc vuông pha li độ dài và li độ góc,  cực đại tại VTCB và bằng 0 tại Biên.

+ Với vận tốc cực đại : $v_{max}=\omega A$

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

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 $\left(rad\right)$

$\left\{\begin{array}{l}∆l_0=\frac{mg\sin \left(\alpha \right)}{k}\\ l=l_0\pm ∆l_0\pm x ,x<A\end{array}\right.$

$Tại VTCB : F_{đh}=P\sin \left(\alpha \right)$

Chú thích:

$∆l_0:$Độ giãn hoặc nén ban đầu của lò xo $\left(m\right)$

x : Li độ của vật $\left(m\right)$

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

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

$\alpha :$Góc nghiêng của mặt phẳng

$l:$ Chiều dài của lò xo trong quá trình dao động $\left(m\right)$

A: Biên độ của dao động $\left(m\right)$

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

Khi quay ngang:$k.∆l=m\left(∆l+l_0\right){\omega }^2$

Khi quay hợp góc $\alpha$:$\frac{P}{\tan \alpha }=m\left(∆l+l_0\right)\cos \left(\alpha \right).{\omega }^2$

Khi thanh quay đều: 

$\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_{đh}}=m\overrightarrow{a_{ht}}$

Khi quay trên phương ngang:

$k.∆l=m\left(∆l+l_0\right){\omega }^2$

Khi quay hợp với phương thẳng 1 góc $\alpha$:

$\frac{P}{\tan \alpha }=m\left(∆l+l_0\right)\cos \left(\alpha \right).{\omega }^2$

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

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 $\left(s\right)$

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

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 $\left(m\right) ; \left(cm\right)$

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

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 $\left(m\right) ; \left(cm\right)$

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

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 $\left(m\right) ; \left(cm\right)$

$v=\omega \sqrt{A^2-x^2}=\frac{v_{max}\sqrt{n}}{\sqrt{n+1}}=\sqrt{\frac{2W_{đ}}{m}}$

Chú thích :

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

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

$v_{max }:$Vận tốc cực đại$\left(m/s\right)$

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

n : Tỉ số động năng và thế năng $\frac{W_{đ}}{W_t}$

x : li độ của vật $\left(m\right)$

A: Biên độ của vật $\left(m\right)$ 

$m :$$\left(kg\right)$

$\omega =2\pi f=\frac{2\mathrm{\pi }}{\mathrm{T}}=\sqrt{\frac{k}{m}}=\sqrt{\frac{g}{∆l_0}}$

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 $(m/s^2)$

$l_{CB}=\frac{l_{max}+l_{min}}{2}$

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 $2l_{CB}=l_{max}+l_{min}\Rightarrow \boxed{l_{CB}=\frac{l_{max}+l_{min}}{2}}$

$∆t=\frac{\alpha }{\omega }$

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.

$$\begin{gathered} x=\pm \frac{A}{\sqrt{n+1}}=\frac{a_{max}}{a}A=\pm A.\sqrt{{\left(\frac{v}{v_{max}}\right)}^2-1} \\ x=l-l_0-∆l_0 \end{gathered}$$

Chú thích : $x :$Li độ của vật$\left(m\right)$

$A$: Biên độ của vật $\left(m\right)$

$a_{max}$ Gia tốc cực đại$\left(m/s^2\right)$

$a$:Gia tốc của vật $\left(m/s^2\right)$

 n : tỉ số động năng và thế năng 

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

 $v_{max}$: Vận tốc cực đại của vật$\left(m/s\right)$

l: Chiều dài dây đang bị thay đổi $\left(m\right)$

$l_0$: Chiều dài ban đầu $\left(m\right)$

$∆l_0$:Độ biến dạng của lò xo tại VTCB

$F_{đh}=k∆l$

$F_{đh}=k∆l$

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

$∆l_0=l_{CB}-l_0=\frac{mg}{k}$

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 $\left(N/m\right)$

$T=\frac{2\mathrm{\pi }}{\omega }=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{∆{\mathrm{l}}_0}{\mathrm{g}}}=\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{N}}$

Khái niệm:

Chu kỳ của lắc lò xo dao động điều hòa là khoảng thời gian vật thực hiện được một dao động toàn phần.

Chú thích:

$T$: Chu kỳ dao động $\left(s\right)$.

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

$N$: Số dao động mà chất điểm thực hiện được trong khoảng thời gian $t$.

$t:$ Thời gian thực hiện hết số dao động $\left(s\right)$.

$m$: Khối lượng vật treo trên lò xo $\left(kg\right)$.

$k$: Độ cứng của lò xo $(N/m)$.

$g$: Gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

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

Lưu ý:

Ta có : $\left\{\begin{array}{l}T=\frac{2\pi }{\omega }\\ \omega =\sqrt{\frac{k}{m}}=\sqrt{\frac{g}{∆l_0}}\end{array}\right.\Rightarrow T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}=2\pi \sqrt{\frac{∆l_0}{g}}$

$F=-m{\omega }^{2}x=-kx$

Định nghĩa: Lực phục hồi là lực hoặc hợp lực làm cho vật dao động điều hòa.

Công thức:

                             $F=-m{\omega }^{2}x=-kx$

Chú thích:

$F:$ Lực phục hồi $\left(N\right)$

$\omega :$ Tần số góc của dao động $\left(rad/s\right)$

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

+Lực hồi phục cực đại tại biên $F_{max}=m{\omega }^{2}A=kA$, cực tiểu tại VTCB

+Lực hồi phục cùng chiều với gia tốc

Đối với con lắc lò xo nằm ngang : lực hồi phục cũng chính là lực đàn hồi

$F=F_{đh}=-kx=-m{\omega }^{2}x$

$\left\{\begin{array}{l}{F}_{đh}max=k\left(∆l_0+A\right)\\ F_{đh}min=0\end{array}\right.$

Chú thích : 

Lực đàn hồi max tại biên dương và cực tiểu tại vị trí không biến dạng

$\left\{\begin{array}{l}{F}_{đh}max=k\left(∆l_0+A\right)\\ F_{đh}min=k\left(∆l_0-A\right)\end{array}\right.$

Chú thích : Khi lò xo có $∆l_0>A$ , trong quá trình DĐĐH lò xo luôn dãn.

Lực đàn hồi max tại biên dương và cực tiểu tại vị trí biên âm

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=\frac{T}{\mathrm{\pi }}\left(arc\sin \left(\frac{∆l_0}{A}\right)\right)+\frac{T}{2}\\ t_{nén}=T-t_{nén}\end{array}\right. ; ∆l_0<A$

Khi con lắc lò xo treo thẳng đứng có $∆l_0<A$.Thì lò xo có thể bị dãn hoăc nén

Lò xo bị dãn khi đi từ $-∆l_0$ về VTCB  ra biên + và ngược lại

Lò xo bị nén khi đi từ $-∆l_0$ ra biên - và ngược lại

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=\frac{T}{\mathrm{\pi }}\left(arc\sin \left(\frac{∆l_0}{A}\right)\right)+\frac{T}{2}\\ t_{nén}=T-t_{nén}\end{array}\right.$

Với $t_{dãn}:$Thời gian lò xo dãn trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$t_{nén}$: Thời gian lò xo nén trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$T$: Chu kỳ dao động của con lắc lò xo$\left(s\right)$

$∆l_0$Độ biến dạng tại VTCB $\left(m\right)$

$A$Biên độ của dao động$\left(m\right)$

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=T\\ t_{nén}=0\end{array}\right. ; ∆l_0>A$

Khi con lắc lò xo treo thẳng đứng có $∆l_0>A$.Thì lò xo luôn bị dãn.

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=T\\ t_{nén}=0\end{array}\right. ; ∆l_0>A$

Với $t_{dãn}:$Thời gian lò xo dãn trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$t_{nén}$: Thời gian lò xo nén trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$T$: Chu kỳ dao động của con lắc lò xo$\left(s\right)$

$S=4A.n+2A.m+s$

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:

$s=x_2+x_0$

$\frac{T\text{'}}{T}=\sqrt{1+\frac{∆m}{m}}$

$T=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}$ ; $T\text{'}=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}+∆\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}$

$\Rightarrow \frac{T\text{'}}{T}=\sqrt{1+\frac{∆m}{m}}$

Với $T\text{'}:$Chu ki con lắc lúc sau $\left(s\right)$

       $T :$Chu kì con lắc ban đầu $\left(s\right)$

        $m:$Khối lượng ban đầu $\left(kg\right)$

        $∆m$: Độ tăng giảm khối lượng 

$A=\frac{l_{max}-l_{min}}{2}=\frac{L}{2}=\frac{S}{4}$

Chú thích:

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

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

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

L: Chiều dài quỹ đạo của con lắc lò xo $\left(m\right)$

S: quãng đường vật đi trong 1 chi kì

Chứng minh công thức:

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

Cộng vế theo vế ta được $2A=l_{max}-l_{min}\iff \boxed{A=\frac{l_{max}-l_{min}}{2}}$

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

Khái niệm:

Tần số dao động là số dao động và chất điểm thực hiện được trong một giây.

Chú thích:

$f$: Tần số dao động $(1/s)$ $\left(Hz\right)$.

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

$T$: Chu kỳ dao động của vật $\left(s\right)$.

$N$: Số dao động mà chất điểm thực hiện được trong khoảng thời gian $t$.

$t:$ Thời gian thực hiện hết số dao động $\left(s\right)$.

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

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

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

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 $\left(m/s\right)$

$l_{min}=l_{CB}-A=l_0+∆l_0-A$=$l_0-∆l$

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 $\left(m\right)$

$l_{max}=l_0+A+∆l_0=l_{CB}+A=∆l+l_0$

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 $\left(m\right)$