Công thức tính gia tốc của con lắc đơn - vật lý 12

Khái niệm: 

$s$ là li độ dài của con lắc đơn, là chiều dài cung quét tính từ một vị trí bất kì đến vị trí cân bằng của con lắc đơn.

Đơn vị tính: mét $\left(m\right)$

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:

- Gia tốc tiếp tuyến của dao động con lắc đơn tỉ lệ với li độ dài của vật.

- Phương trình gia tốc là đạo hàm bậc hai của phương trình li độ dài trong dao động con lắc đơn.

Đơn vị tính: $m/s^2$

Khái niệm:

- Gia tốc pháp tuyến của con lắc đơn đặc trưng cho sự thay đổi thay đổi nhanh chậm vận tốc về hướng tại một vị trí.

- Gia tốc pháp tuyến của con lắc đơn có phương trùng với dây treo và chiều hướng vào dây.

Đơn vị tính: $m/s^2$

Khái niệm:

Gia tốc toàn phần của con lắc đơn tại một điểm được tính bằng tổng hai vecto gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến tại điểm đó.

Đơn vị tính: $m/s^2$

Công thức:

            $s=l\alpha$

Chú thích :

$s:$Li độ dài của con lắc đơn $\left(m\right)$

$l :$ Chiều dài dây treo $\left(m\right)$

$\alpha :$Li độ góc của con lắc đơn $\left(rad\right)$

$s_0=\frac{v_{max}}{\omega }=\sqrt{s^2+{\left(\frac{v}{\omega }\right)}^2}=\frac{a_{max}}{{\omega }^2}$

$v_{max}=\frac{a_{max}}{\omega }=\sqrt{v^2+{\left(\frac{a}{\omega }\right)}^2}$

Công thức:

$v=\sqrt{2gl\left(\cos \left(\alpha \right)-\cos \left({\alpha }_0\right)\right)}$ hay $v=\omega \sqrt{{s_0}^2-s^2}$

+ $v_{max}=\sqrt{2gl\left(1-\cos \left({\alpha }_0\right)\right)}$ tại VTCB

+ $v_{min}=0$ tại 2 biên

Với góc nhỏ : $v=\sqrt{gl\left({{\alpha }^2}_0-{\alpha }^2\right)}$

Hoặc $v=-s_0\omega \cos \left(\omega t+\phi \right)$

Chú thích:

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

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

$l:$ Chiều dài dây $\left(m\right)$.

$\alpha :$Li độ góc $\left(rad\right)$

${\alpha }_0 :$Biên độ góc $\left(rad\right)$

Chứng minh công thức:

Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có:

$W_{đ}=W-W_t$

Lại có $\left\{\begin{array}{l}W=W_{tmax}=m.g.h_{max}=mgl(1-\cos {\alpha }_o) \left(2\right)\\ W_t=m.g.h=mgl.(1-\cos \alpha ) \left(3\right)\end{array}\right.$

Xem hình vẽ dưới đây để chứng minh công thức số (2) và (3)

Bằng mối quan hệ trong tam giác vuông ta có $\left\{\begin{array}{l}{h}_{max}=l(1-\cos {\alpha }_o)\\ h=l(1-\cos \alpha )\end{array}\right.$

Từ đây suy ra được:  $W_d=W-W_t$

$$\begin{gathered} \iff \frac{1}{2}m{v}^2=mgl(\cos \alpha -\cos {\alpha }_o) \\ \iff v^2=2gl(\cos \alpha -\cos {\alpha }_o) \\ \iff v=\sqrt{2gl(\cos \alpha -\cos {\alpha }_o)} \end{gathered}$$

$s_0=\frac{v_{max}}{\omega }=\sqrt{s^2+{\left(\frac{v}{\omega }\right)}^2}=\frac{a_{max}}{{\omega }^2}$

$v_{max}=\frac{a_{max}}{\omega }=\sqrt{v^2+{\left(\frac{a}{\omega }\right)}^2}$

$s_0=\frac{v_{max}}{\omega }=\sqrt{s^2+{\left(\frac{v}{\omega }\right)}^2}=\frac{a_{max}}{{\omega }^2}$

$v_{max}=\frac{a_{max}}{\omega }=\sqrt{v^2+{\left(\frac{a}{\omega }\right)}^2}$