Chu kì của dao động con lắc lò xo - Vật lý 12

Khái niệm:

Chu kỳ của lắc lò xo dao động điều hòa là khoảng thời gian vật thực hiện được một dao động toàn phần.

Chú thích:

$T$: Chu kỳ dao động $\left(s\right)$.

$\omega$: Tần số góc (tốc độ góc) $(rad/s)$.

$N$: Số dao động mà chất điểm thực hiện được trong khoảng thời gian $t$.

$t:$ Thời gian thực hiện hết số dao động $\left(s\right)$.

$m$: Khối lượng vật treo trên lò xo $\left(kg\right)$.

$k$: Độ cứng của lò xo $(N/m)$.

$g$: Gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

$∆l_0$: Độ biến dạng của lò xo tại vị trí cân bằng $\left(m\right)$.

Lưu ý:

Ta có : $\left\{\begin{array}{l}T=\frac{2\pi }{\omega }\\ \omega =\sqrt{\frac{k}{m}}=\sqrt{\frac{g}{∆l_0}}\end{array}\right.\Rightarrow T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}=2\pi \sqrt{\frac{∆l_0}{g}}$

Chú thích:

$\omega$: Tốc độ góc (Tần số góc) $(rad/s)$.

$f$: Tần số dao động $\left(Hz\right)$.

T: Chu kỳ dao động $\left(s\right)$.

$m:$ Khối lượng của vật treo $\left(kg\right)$

$k$: Độ cứng của lò xo $(N/m)$

$∆l_0$: Độ dãn của lò xo tại vị trí cân bằng  $\left(m\right)$

$g$: Gia tốc trọng trường $(m/s^2)$

Khái niệm:

Tần số dao động là số dao động và chất điểm thực hiện được trong một giây.

Chú thích:

$f$: Tần số dao động $(1/s)$ $\left(Hz\right)$.

$\omega$: Tần số góc (tốc độ góc) $(rad/s)$.

$T$: Chu kỳ dao động của vật $\left(s\right)$.

$N$: Số dao động mà chất điểm thực hiện được trong khoảng thời gian $t$.

$t:$ Thời gian thực hiện hết số dao động $\left(s\right)$.

Công thức

$T=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{m}{k}}=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{∆{\mathrm{l}}_0}{\mathrm{gsin}\left(\mathrm{\alpha }\right)}}$

Với T : Chu kì con lắc lò xo trên mặt nghiêng $\left(s\right)$

       $∆l_0$: Độ biến dạng ban đầu của lò xo $\left(m\right)$

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

        k : Độ cứng của lò xo $\left(N/m\right)$

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

        $\alpha$: Góc nghiêng $\left(rad\right)$

Cho hai vật $m_1$ và $m_2$ được gắn lần lượt vào lo xo có độ cứng k thì có chu kì lần lượt là $T_1 và T_2$.

Tính chu kì $m\text{'}=a.m_1+b.m_2$ gằn vào lò xo k với $\left(a,b\in R và m\text{'}>0\right)$

Chu kì mới $T\text{'}$ là 

$T\text{'}=\sqrt{a{T_1}^2+b{T_2}^2}$

Ví dụ tính chu kì khi $m\text{'}=m_1-m_2$ thì $T\text{'}=\sqrt{{T_1}^2-{T_2}^2}$

Chu kì của lò xo mắc nối tiếp:

${T_{nt}}^2={T_1}^2+{T_2}^2$

Tần số

$\frac{1}{{f_{nt}}^2}=\frac{1}{{f_1}^2}+\frac{1}{{f_2}^2}$

Chú ý: Khi có n lò xo có cùng độ cứng $k$

$k_{nt}=\frac{k}{n}$ suy ra $T_{nt}=T\sqrt{n}$ , $f_{nt}=\frac{f}{\sqrt{n}}$

Với $T_{ss}$ : Chu kì con lắc lò xo mắc song song $\left(s\right)$

       $f_{ss}:$ Tần số lò xo mắc song song

Chú ý: Khi có n lò xo có cùng độ cứng $k$

$k_{nt}=nk$ suy ra $T_{ss}=\frac{T}{\sqrt{n}}$;$f_{ss}=f\sqrt{n}$

Khi con lắc lò xo treo thẳng đứng có $∆l_0<A$.Thì lò xo có thể bị dãn hoăc nén

Lò xo bị dãn khi đi từ $-∆l_0$ về VTCB  ra biên + và ngược lại

Lò xo bị nén khi đi từ $-∆l_0$ ra biên - và ngược lại

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=\frac{T}{\mathrm{\pi }}\left(arc\sin \left(\frac{∆l_0}{A}\right)\right)+\frac{T}{2}\\ t_{nén}=T-t_{nén}\end{array}\right.$

Với $t_{dãn}:$Thời gian lò xo dãn trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$t_{nén}$: Thời gian lò xo nén trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$T$: Chu kỳ dao động của con lắc lò xo$\left(s\right)$

$∆l_0$Độ biến dạng tại VTCB $\left(m\right)$

$A$Biên độ của dao động$\left(m\right)$

Khi con lắc lò xo treo thẳng đứng có $∆l_0>A$.Thì lò xo luôn bị dãn.

$\left\{\begin{array}{l}{t}_{dãn}=T\\ t_{nén}=0\end{array}\right. ; ∆l_0>A$

Với $t_{dãn}:$Thời gian lò xo dãn trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$t_{nén}$: Thời gian lò xo nén trong 1 chu kỳ $\left(s\right)$

$T$: Chu kỳ dao động của con lắc lò xo$\left(s\right)$

$T=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}$ ; $T\text{'}=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}+∆\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}$

$\Rightarrow \frac{T\text{'}}{T}=\sqrt{1+\frac{∆m}{m}}$

Với $T\text{'}:$Chu ki con lắc lúc sau $\left(s\right)$

       $T :$Chu kì con lắc ban đầu $\left(s\right)$

        $m:$Khối lượng ban đầu $\left(kg\right)$

        $∆m$: Độ tăng giảm khối lượng