Trong vật lý phổ thông, khi nói về con lắc lò xo dao động điều hòa, chúng ta thường gặp hai khái niệm: lực kéo về và lực hồi phục. Dưới đây là cách hiểu đúng về hai lực này, Blog Góc vật lí rất mong các bạn hiểu đúng để làm tốt các bài tập Con lắc lò xo, kể cả những bài tập hay và khó nhất để có thể chinh phục mức điểm 8+ trong các bài thi Vật lí của mình.
Lực kéo về (lực hồi phục):
Đây là lực luôn hướng về vị trí cân bằng của vật.
Độ lớn của lực kéo về tỉ lệ thuận với độ lệch của vật khỏi vị trí cân bằng, được biểu diễn bằng công thức:
F=−kx
Trong đó:
(F) là lực kéo về.
(k) là độ cứng của lò xo.
(x) là độ lệch của vật khỏi vị trí cân bằng.
Dấu trừ trong công thức cho thấy lực này luôn hướng về vị trí cân bằng.
Để hiểu rõ hơn về loại lực này, chúng ta cùng xét qua các bài tập về lực kéo về trong con lắc lò xo dao động điều hòa, kèm theo hướng dẫn giải chi tiết sau:
Bài tập 1: Tính tần số dao động của con lắc lò xo
Đề bài: Một con lắc lò xo có độ cứng (k = 100 N/m ) và khối lượng vật nặng (m = 0,25 , kg ). Tính tần số dao động của con lắc.
Giải: Tần số dao động của con lắc lò xo được tính bằng công thức:
Thay các giá trị vào công thức:
f≈3,18Hz
Bài tập 2: Tính độ cứng của lò xo
Đề bài: Một con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ (A = 5 cm). Khi vật nặng đi qua vị trí cân bằng, vận tốc của nó là (v = 2 m/s). Tính độ cứng của lò xo.
Giải: Khi dao động điều hòa, Tại vị trí cân bằng, động năng của vật đạt cực đại và bằng năng lượng toàn phần của hệ:
Thay các giá trị vào công thức:
Vậy ta có độ cứng k =400N/m
Bài tập 3: Xác định tần số dao động của con lắc lò xo khi khối lượng thay đổi
Đề bài: Một con lắc lò xo có độ cứng (k = 50 N/m ) và khối lượng vật nặng (m = 0,5 kg ). Nếu tăng khối lượng vật nặng lên 4 lần và độ cứng lò xo tăng 2 lần, tính tần số dao động mới của con lắc.
Giải: Tần số dao động của con lắc lò xo được tính bằng công thức:
Khi tăng khối lượng vật nặng lên 4 lần và độ cứng lò xo tăng 2 lần, nghĩa là:
k′=2k=100N/m
m′=4m=2kg
Tần số dao động mới của con lắc lò xo:
Tính số ta có tần số con lắc dao động khi thay đổi khối lượng và độ cứng sẽ là f′ ≈1,12Hz
Lực đàn hồi:
Đây là lực xuất hiện khi lò xo bị biến dạng (dãn hoặc nén).
Độ lớn của lực đàn hồi cũng được tính bằng công thức:
F=kΔl
Trong đó:
(F) là lực đàn hồi.
(k) là độ cứng của lò xo.
(Δl) là độ biến dạng của lò xo ( khi bị dãn hoặc bị nén).
Lực đàn hồi luôn ngược chiều với chiều biến dạng của lò xo .
Trong dao động điều hòa của con lắc lò xo, lực kéo về chính là lực đàn hồi khi xét theo phương ngang. Tuy nhiên, khi xét theo phương thẳng đứng ( chính là trong trường hợp con lắc lò xo treo thẳng đứng), lực kéo về là hợp lực của lực đàn hồi và trọng lực .
Một dây thép đàn hồi có độ cứng 4000 (N/m) khi chịu một lực 100 (N)
tác dụng có giá trùng với trục của dây thì nó biến dạng một đoạn bao nhiêu ?
Với bài tập này, thay số ta có được độ biến dạng của lò xo như sau:
Hy vọng thông tin này, Blog Góc Vật lí đã giúp ích cho bạn trong việc tìm tòi và luyện thi vật lý! Nếu bạn cần trao đổi với chúng tôi về nội dung bài viết, hãy comment, để chúng ta trao đổi nhé.
