Tổng hợp những kiến thức hữu ích về con lắc đơn mà các bạn học sinh cần biết

Con lắc đơn là kiến thức vật lý lớp 10 mà các bạn học sinh được học. Tuy nhiên, nhiều bạn vẫn còn mơ hồ, chưa thực sự nắm rõ các kiến thức về công thức con lắc đơn. Cùng Giấy Hải Tiến ôn tập kỹ hơn về mảng kiến thức quan trọng này giúp các bạn đạt được thành tích cao trong kỳ thi sắp tới nhé!

Con lắc đơn là gì, vị trí cân bằng của con lắc đơn 

Con lắc đơn là một hệ bao gồm một vật nhỏ có khối lượng m, được treo ở đầu một sợi dây không dãn có khối lượng không đáng kể, chiều dài l. Đầu trên sợi dây được gắn vào một điểm cố định. 

Con lắc ở vị trí cân bằng khi dây treo có phương thẳng đứng. Khi kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch khỏi vị trí cân bằng một góc rồi thả, chúng ta thấy con lắc sẽ giao động quanh vị trí cân bằng trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua 2 điểm là điểm treo dây và vị trí ban đầu của vật. Vậy giao động của con lắc có phải là dao động điều hòa hay không? Mời các bạn cùng Giấy Hải Tiến tìm hiểu ở những phần tiếp theo.

Khảo sát về mặt động lực học của con lắc đơn

Khảo sát con lắc đơn về mặt động lực học, khi dao động vật nặng sẽ chịu tác động của lực căngvà trọng lực, trọng lực gồm 2 thành phần là và   và. Trong đó:

• Hợp lực của và là lực hướng tâm đóng vai trò giữ cho vật chuyển động trên cung tròn.
• Lực thành phần là lực kéo về và có giá trị được tính theo công thức sau: Pt=-mgsinα.

Như vậy, dao động của con lắc không phải là dao động điều hòa. Nếu li độ góc α nhỏ thì sinα≈α (rad) nên lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ:.

So sánh với lực kéo về của con lắc lò xo, F = -kx, ta thấy mg/l có vai trò của k, do đó l/g = m/k. Vậy, con lắc đơn dao động điều hòa khi dao động nhỏ sinα≈α (rad), theo phương trình:

• Li độ cong được tính theo công thức sau: s = s0cos(ωt+φ). (cm,m).
• Li độ góc được tính theo công thức sau: α = α0cos(ωt+φ). (độ,rad).

* Lưu ý: Con lắc dao động điều hòa với điều kiện góc lệch nhỏ và bỏ qua mọi ma sát. Công thức li độ s = l.α và s0 = l.α0 (trong đó, α và α0 có đơn vị rad).

Những công thức về chu kì, tần số và tần số góc của con lắc đơn cần phải nhớ:

• Tần số góc của con lắc đơn được tính theo công thức sau:
• Chu kì của con lắc đơn được tính theo công thức sau: 
• Tần số của con lắc đơn được tính theo công thức sau:

Như vậy khi chu kỳ của con lắc đơn không phụ thuộc vào khối lượng vật nặng và biên độ thì nó sẽ giao động điều hòa.

Khảo sát về mặt năng lượng của con lắc đơn

Xét về mặt năng lượng, con lắc đơn chịu tác động của hai lực là động năng và thế năng, công thức tính cụ thể như sau: 

• Động năng của con lắc đơn được tính theo công thức:  
• Thế năng của con lắc đơn ở li độ góc α được tính theo công thức sau:   (lấy mốc tính thế năng ở vị trí cân bằng).

Nếu bỏ qua ma sát, cơ năng của con lắc đơn sẽ được bảo toàn, lúc này cơ năng sẽ bằng động năng cộng thế năng, công thức cụ thể:   (hằng số) hoặc  . 

Trên đây là những kiến thức cần nhớ về con lắc đơn mà các bạn học sinh cần lưu tâm và ghi nhớ. Các công thức vật lý thường khá phức tạp, chứa nhiều đại lượng vật lý nên cách tốt nhất để các bạn có thể học thuộc nhanh và hiệu quả là sử dụng sổ tay để ghi chép lại và mang theo bên mình.

Trong trường hợp không nhớ có thể mở ra kiểm tra lại để tiết kiệm thời gian tìm kiếm. Giấy Hải Tiến chúc các bạn sẽ tìm được cho mình những phương pháp học tập hiệu quả để đạt thành tích tốt nhất trong học tập.