Thế nào là dao động điều hòa?
Trước khi tìm hiểu khái niệm về dao động điều hòa là gì thì bạn cần nắm một số khái niệm dưới đây:
– Dao động cơ: là sự chuyển động xung quanh một vị trí cân bằng nào đó.
– Dao động tuần hoàn: là dao động cơ có trạng thái lặp đi lặp lại như cũ sau một khoảng thời gian nhất định.
Dao động điều hòa cũng là một loại dao động tuần hoàn đơn giản, nó có li độ (x) là hàm sin hoặc hàm cosin (hàm số lượng giác). Vì vậy mà các đồ thị của dao động điều hòa thường được biểu diễn bằng đồ thị hàm số sin hoặc hàm cosin như sau:
Đồ thị dao động điều hòa
Công thức về dao động điều hòa
Phương trình dao động điều hòa
Ta có: x = A.cos(ωt + φ)
Trong đó:
- x: là li độ, tức là khoảng cách từ vị trí của vật đến vị trí cân bằng
- A: Biên độ – A = max x
- ω: Tần số góc, có đơn vị tính là rad/s
- ωt + φ: Pha dao động
- φ: Pha ban đầu của dao động
Trong các bài tập ở mức độ cơ bản thì việc đi tìm các đại lượng A, ω, φ sẽ gặp rất nhiều. Do đó bạn cần phải nắm vững khái niệm của các đại lượng này
Chu kì dao động T (s)
Chu kì dao động là khoảng thời gian mà vật dao động lặp lại như lúc ban đầu hay lặp lại như cũ. Nói cách khác thì chu kì dao động là thời gian mà vật dao động được một vòng.
Ta có: T = thời gian / số giao động = 2II / ω
Tần số f (Hz)
Tần số là số dao động toàn phần được thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định, cụ thể là 1 giây. Ta có:
Vận tốc trong dao động điều hòa
Theo ý nghĩa của đạo hàm thì vận tốc được tính bởi công thức như sau: v = x’. Vì vậy ta có công thức sau khi biến đổi của vận tốc trong dao động điều hòa như sau:
V = ωA.cos(ωt + φ + II/2)
Lưu ý:
- V(max) = Aω, tại vị trí cân bằng (VTCB) thì x = 0, có nghĩa là vận tốc cực đại khi li độ bằng 0.
- Vận tốc sớm pha hơn li độ một góc II/2.
- Khi V > 0 thì vật chuyển động theo chiều dương.
- Khi V < 0 thì vật chuyển động theo chiều âm.
- Từ VTCB đến biên thì vật chuyển động chậm dần.
- Từ biên đến VTCB thì vật chuyển động nhanh dần.
Gia tốc trong dao động điều hòa
Công thức: a = – ωωA cos(ωt+ φ) = ωωA cos(ωt+φ+ II/2)
Trong đó:
- ωωA là biên độ
- (ωt+φ+ II/2) là pha của gia tốc
Đồ thị biểu thị gia tốc trong dao động điều hòa
Lưu ý quan trọng:
- a (max) = ωωA tại biên âm (x = -A)
- a (CT) = – ωωA tại biên dương (x = A)
- Độ lớn cực tiểu của a = 0 tại VTCB (tức x = 0)
- Gia tốc a sớm pha hơn vận tốc 1 pha và bằng II/2
- Véc tơ gia tốc dao động điều hòa luôn có chiều hướng về VTCB.
- Véc tơ gia tốc vuông góc với véc tơ vận tốc khi mà vật chuyển động từ VTCB ra vị trí biên.
- Véc tơ gia tốc song song với véc tơ vận tốc khi vật chuyển động từ vị trí biên về VTCB.
Một số câu hỏi trắc nghiệm về dao động điều hòa
Câu hỏi 1: Một vật nhỏ dao động điều hòa trên trục Ox theo phương trình x = Acos(ωt +φ). Vậy vận tốc của vật có công thức là:
- A) v = ωAcos (ωt +φ).
- B) v =-ωAsin (ωt +φ).
- C) v = – Asin (ωt +φ).
- D) v = ωAsin (ωt +φ).
Đáp án đúng: B.
Câu hỏi 2: Chọn các câu trả lời sai khi nói về chất điểm dao động điều hoà:
- A) Khi chuyển động về vị trí cân bằng thì chất điểm sẽ chuyển động nhanh dần đều.
- B) Khi qua vị trí cân bằng thì vận tốc của chất điểm sẽ đạt cực đại.
- C) Khi vật ở vị trí biên thì li độ của chất điểm sẽ có độ lớn cực đại.
- D) Khi qua vị trí cân bằng thì gia tốc của chất điểm sẽ bằng không.
Đáp án đúng: A và B
Câu hỏi 3: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của vận tốc theo li độ trong dao động điều hòa có hình dạng nào dưới đây?
- A) Đường hypebol.
- B) Đường elíp.
- C) Đường parabol.
- D) Đường tròn.
Đáp án đúng: B
Câu hỏi 4: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của bình phương vận tốc theo li độ trong dao động điều hoà có hình dạng nào dưới đây?
- A) Đường elip.
- B) Một phần đường hypebol.
- C) Đường tròn.
- D) Một phần đường parabol.
Đáp án đúng: D
Câu hỏi 5: Khi vẽ đồ thị về sự phụ thuộc vào biên độ của vận tốc cực đại của một vật dao động điều hoà thì đó là đồ thị gì?
- A) Một đường cong khác.
- B) Đường elip.
- C) Đường thẳng đi qua vị trí gốc tọa độ.
- D) Đường parabol.
Đáp án đúng: C
Trên đây là một số kiến thức cơ bản liên quan đến dao động điều hòa. Hy vọng sẽ giúp bạn ích cho bạn trong quá trình học tập cũng như ứng dụng thực tế. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào khác hãy để lại bình luận ngay bên dưới để đội ngũ Admin của chúng tôi hỗ trợ bạn nhé!
