Lý thuyết Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 5: Động năng thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa

Vậy chi tiết Động năng thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa như nào? được hayhochoi trình bày ngắn gọn, dễ hiểu trong bài viết này.

I. Động năng

Động năng của vật dao động điều hoà: 

Hay  

hoặc

- Giá trị cực đại:

- Đồ thị chỉ sự biến thiên của động năng theo li độ x là một đường parabol có bề lõm hướng xuống.

- Khi đi từ vị trí cân bằng tới vị trí biên thì động năng của vật đang từ cực đại giảm đến 0.

- Khi đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng thì động năng của vật tăng từ 0 đến giá trị cực đại.

II. Thế năng

Theo định luật bảo toàn năng lượng, nếu bỏ qua ma sát thì động năng của vật không mất đi mà chuyển dần thành thế năng và ngược lại.

Thế năng của vật dao động điều hoà: 

- Đồ thị chỉ sự biến thiên của thế năng theo li độ x cũng là một đường parabol có bề lõm hướng lên.

- Giá trị cực đại:

- Khi vật đi từ biên về vị trí cân bằng thì thế năng giảm dần từ giá trị cực đại về 0.

- Khi vật đi từ vị trí cân bằng ra biên thì thế năng tăng từ 0 lên giá trị cực đại.

III. Cơ năng

- Trong dao động điều hoà, có sự chuyển hoá qua lại giữa động năng và thế năng của vật, còn cơ năng, tức tổng động năng và thế năng thì được bảo toàn.

- Đồ thị biểu diễn động năng và thế năng trong một chu kì

IV. Cơ năng của con lắc đơn và con lắc lò xo

1. Con lắc lò xo

Con lắc lò xo

 Nếu bỏ qua ma sát thì dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà.

- Thế năng của con lắc lò xo:  với k là độ cứng của lò xo.

- Cơ năng của con lắc lò xo: 

 Tần số góc:

- Chu kì:

2. Con lắc đơn

Con lắc đơn

- Vị trí của con lắc đơn được xác định bằng li độ dài s hay li độ góc α.

- Thế năng của con lắc đơn là thế năng trọng trường.

Chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc ở li độ góc α là:

 W_t = mgl(1 – cosα)

- Khi α nhỏ thì  (α được tính theo rad)

- Khi đó:  với