Cơ năng của con lắc đơn - vật lý 12

Khái niệm:

- Trong Vật lý học, gia tốc trọng trường là gia tốc do lực hấp dẫn tác dụng lên một vật. Bỏ qua ma sát do sức cản không khí, theo nguyên lý tương đương mọi vật nhỏ chịu gia tốc trong một trường hấp dẫn là như nhau đối với tâm của khối lượng.

- Tại các điểm khác nhau trên Trái Đất, các vật rơi với một gia tốc nằm trong khoảng 9,78 $m/s^2$ và 9,83 $m/s^2$ phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất.

- Trong việc giải bài tập, để dễ tính toán, người ta thường lấy $g=10 m/s^2$ hoặc đôi khi lấy $g={\pi }^2$.

Đơn vị tính: $m/s^2$

Khái niệm:

Khối lượng vừa là một đặc tính của cơ thể vật lý vừa là thước đo khả năng chống lại gia tốc của nó (sự thay đổi trạng thái chuyển động của nó) khi một lực ròng được áp dụng. Khối lượng của một vật thể cũng xác định sức mạnh của lực hấp dẫn của nó đối với các vật thể khác. Đơn vị khối lượng SI cơ bản là kilogram.

Trong một số bài toán đặc biệt của Vật Lý, khi mà đối tượng của bài toán có kích thước rất nhỏ (như tính lượng kim loại giải phóng ở bình điện phân, xác định số mol của một chất v....v...). Người ta sẽ linh động sử dụng "thước đo" phù hợp hơn cho khối lượng làm gam.

Đơn vị tính: 

Kilogram - viết tắt (kg)

Gram - viết tắt (g)

Khái niệm:

l là chiều dài của dây treo.

Đơn vị tính: mét (m)

Khái niệm: 

$s_0$ là chiều dài cung cực đại mà con lắc đơn quét được từ vị trí thả đến vị trí cân bằng.

Đơn vị tính: mét $\left(m\right)$

Khái niệm:

${\alpha }_0$ là góc quét ban đầu cực đại của con lắc đơn tính từ vị trí thả đến vị trí cân bằng.

Đơn vị tính: radian $\left(rad\right)$

Khái niệm:

Tần số góc của con lắc đơn là độ quét góc nhanh hay chậm trong một khoảngđơn vị thời gian.

Đơn vị tính: rad/s

Khái niệm:

- Động năng của dao động con lắc đơn là dạng năng lượng có được khi con lắc đơn chuyển động.

- Động năng của dao động con lắc đơn biến thiên điều hòa theo chu kì $\frac{T}{2}$.

Đơn vị tính: Joule $\left(J\right)$

Khái niệm:

Thế năng của con lắc đơn là dạng năng lượng của con lắc có được khi vật được đặt trong trọng trường và phụ thuộc vào vị trí so với gốc thế năng. Người ta thường chọn gốc thế năng ở vị trí con lắc cân bằng.

Đơn vị tính: Joule $\left(J\right)$

Khái niệm:

- Cơ năng của con lắc đơn là tổng động năng và thế năng của con lắc đơn trong dao động điều hòa.

- Cơ năng được bảo toàn khi bỏ qua ma sát.

Đơn vị tính: Joule $\left(J\right)$

Đặc điểm :Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng , nhanh dần đều với gia tốc trong trường g và có vận tốc đầu bằng 0.

Chứng minh

Từ công thức quãng đường của nhanh dần đều.

$S=v_{0}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

Suy ra trong chuyển động rơi tự do quãng đường có công thức

$S=\frac{1}{2}g{t}^2$

Chú thích:

$S$: Quãng đường vật rơi từ lúc thả đến thời điểm t $\left(m\right)$.

g: Gia tốc trọng trường $(m/s^2)$. Tùy thuộc vào vị trí được chọn mà g sẽ có giá trị cụ thể.

$t$: thời gian chuyển động của vật từ lúc thả $\left(s\right)$

Chú thích:

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

$h$: độ cao của vật so với mặt đất $\left(m\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$. Tùy thuộc vào vị trí được chọn mà g sẽ có giá trị cụ thể.

Chú thích:

$v$: tốc độ của vật $(m/s)$.

g: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$. Tùy thuộc vào vị trí được chọn mà g sẽ có giá trị cụ thể.

$t$: thời điểm của vật tính từ lúc thả $\left(s\right)$

Lưu ý: 

Ở đây ta chỉ tính tới độ lớn của vận tốc tức thời của vật (nói cách khác là ta đang tính tốc độ tức thời của vật). 

Phát biểu:

Gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng. Độ lớn tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Chú thích:

$a$: gia tốc của vật $(m/s^2)$.

$F$: lực tác động $\left(N\right)$.

$m$: khối lượng của vật $\left(kg\right)$.

Qua hình ảnh minh họa ta thấy khối lượng và gia tốc của vật là hai đại lượng tỉ lệ nghịch với nhau. Khối lượng càng nhỏ thì gia tốc lớn và ngược lại.

Phát biểu:

Lực hấp dẫn giữa hai vật( coi như hai chất điểm) có độ lớn tỉ lệ thuận với tích của hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Chú thích:

$m_1;m_2$: khối lượng của hai vật 1 và 2 $\left(kg\right)$.

$G$: hằng số hấp dẫn $6,67.{10}^{-11}\left(\frac{N.m^2}{k{g}^2}\right)$.

$r$: khoảng cách giữa hai vật $\left(m\right)$.

$F_{hd}$: lực hấp dẫn $\left(N\right)$.