Cách tính chiều dài con lắc lò xo, lực đàn hồi, lực phục hồi (hay, chi tiết)

Bạn đã bao giờ tò mò về cách tính chiều dài con lắc lò xo, lực đàn hồi và lực phục hồi không? Trên thực tế, các yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cách mà con lắc lò xo dao động và hoạt động. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về lý thuyết cũng như các ví dụ minh họa để hiểu rõ hơn về chủ đề này.

Lý thuyết

1. Chiều dài của lò xo:

  • Gọi “lo” là chiều dài tự nhiên của lò xo.
  • “l” là chiều dài khi con lắc ở vị trí cân bằng: l = lo + Δlo.
  • “A” là biên độ của con lắc khi dao động.
  • Gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, chiều dương hướng xuống dưới.

2. Lực đàn hồi

Fdh = – K.Δx (N)

3. Lực phục hồi (lực kéo về)

Fph = ma = m (- ω2.x) = – K.x

4. Bài toán: Tìm thời gian lò xo bị nén, giãn trong một chu kỳ

Gọi φnén là góc nén trong một chu kỳ.

  • φnén = 2.α. Trong đó: cosα = Δlo/A.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 20 cm. Xác định thời gian lò xo bị nén trong một chu kỳ?

Lời giải:

  • Cách 1: Ta có: tnén = Φ/ω
  • Cách 2: Sử dụng trục thời gian. Ta có: Thời gian lò xo nén 1 lần là thời gian ngắn nhất vật đi từ -Δlo đến -A.

Ví dụ 2: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 5 cm. Xác định lực đàn hồi cực đại, cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động của vật.

Lời giải:
Ta có: Δlo = 0,1 m > A.
Áp dụng Fdhmax = K(A + Δlo) = 10(0,1 + 0,05) = 1,5 N
Và Fdhmin = K(A – Δlo) = 10(0,1 – 0,05) = 0,5 N

Ví dụ 3: Một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là lo = 30 cm, độ cứng của lò xo là K = 10 N/m. Treo vật nặng có khối lượng m = 0,1 kg vào lò xo và kích thích cho lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ A = 20 cm. Xác định lực đàn hồi cực đại, cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động của vật.

Lời giải:
Ta có Δlo = 0,1 m < A nên Fdhmax = K(A+ Δlo) = 10(0,1 + 0,2) = 3 N
và Fdhmin = 0 vì Δlo < A

Đây chỉ là một số ví dụ đơn giản về cách tính chiều dài con lắc lò xo, lực đàn hồi và lực phục hồi. Hi vọng qua bài viết này, bạn đã hiểu rõ hơn về chủ đề này.

Đọc thêm các bài viết hay khác tại Hiệp Hội Xe Máy.

Rate this post
Bài viết liên quan

Tư vấn miễn phí (24/7) 094 179 2255