Nhà khoa họcLớp 11–12⏱ 20 phút

Lò xo và con lắc

Cho lò xo hoặc con lắc dao động, xem nó vẽ sóng sin và tìm điều gì quyết định nhịp dao động.

Chuẩn: HS-PS3-1HS-PS3-2

1Tò mò

Chiếc đồng hồ quả lắc giữ nhịp thời gian nhờ con lắc đung đưa. Lò xo của ô tô nảy lên sau khi qua ổ gà. Vì sao cả hai đều dao động với nhịp đều đặn như vậy, và điều gì quyết định nhanh hay chậm?

2Khám phá

Phòng thí nghiệm dao động

Hoạt động này cần màn hình lớn hơn

Hãy xoay ngang điện thoại, hoặc mở bài học trên máy tính bảng hay máy tính. Phần giải thích và câu hỏi bên dưới vẫn dùng được ở đây.

Chu kỳ đo được … Công thức: T = 2π√(m/k) = 0,99 s

Vật dao động

Khối lượng m 0,5 kg Độ cứng lò xo k 20 N/m Ma sát (tắt dần)

Thử xem

Kéo vật nặng xuống rồi thả ra. Đồ thị có hình dạng gì?
Tăng khối lượng lên 4 lần. Chu kỳ thay đổi thế nào?
Kéo một chút hoặc kéo thật xa. Chu kỳ có thay đổi không?
Chuyển sang con lắc. Thử dao động nhỏ rồi dao động lớn (trên 60°). So sánh chu kỳ đo được với công thức.
Mang con lắc lên Mặt Trăng. Nó dao động nhanh hơn hay chậm hơn?
Bật ma sát và quan sát thanh năng lượng.

3Giải thích

Bước 1 / 5

Kéo ra, bị kéo lại

Kéo dãn lò xo một đoạn x, nó kéo ngược lại với lực F = −kx: kéo càng xa, lò xo kéo về vị trí giữa càng mạnh. Đây gọi là lực hồi phục.

Chu kỳ

Lò xo: $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}}$

Con lắc (dao động nhỏ): $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

Công thức của con lắc chỉ đúng với dao động nhỏ. Ở góc 60°, chu kỳ thực dài hơn khoảng 7%; mô phỏng cho thấy điều này vì nó không dùng phép gần đúng góc nhỏ.

4Luyện tập

Câu 1 / 5

Một lò xo có chu kỳ 1 s. Em tăng khối lượng lên 4 lần. Chu kỳ mới là bao nhiêu?

5Tóm tắt

Lực hồi phục kéo vật về vị trí giữa: với lò xo $F = -kx$ .
Đây là dao động điều hòa: đồ thị vị trí theo thời gian là một sóng sin.
Lò xo: $T = 2\pi\sqrt{m/k}$ . Con lắc (dao động nhỏ): $T = 2\pi\sqrt{L/g}$ .
Chu kỳ không phụ thuộc biên độ (với lò xo, và với con lắc dao động nhỏ).
Năng lượng chuyển qua lại giữa thế năng và động năng; ma sát làm nó mất dần.