Vật lí Con lắc đơn treo trong thang máy và trong điện trường

Dương Minh Nhựt

Cựu Phó nhóm Vật lí
Thành viên
29 Tháng sáu 2017
2,299
4,069
546
25
Cần Thơ
Đại Học Cần Thơ
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

MỘT SỐ CÔNG THỨC:

* MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ:
- Lực quán tính: [tex]\underset{F}{\rightarrow}=-m.\underset{a}{\rightarrow}[/tex]

+ Độ lớn: F = ma
+ Phương, chiều: [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương ngược chiều với gia tốc [tex]\underset{a}{\rightarrow}[/tex]

* Lưu ý:
+ [tex]\underset{a}{\rightarrow}[/tex] cùng chiều chuyển động với [tex]\underset{v}{\rightarrow}[/tex] : chuyển động nhanh dần đều.
+ [tex]\underset{a}{\rightarrow}[/tex] ngược chiều chuyển động với [tex]\underset{v}{\rightarrow}[/tex] : chuyển động châm dần đều.
* MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ:
- Trường hợp 1:
Con lắc đơn treo trong thang máy ( chuyển động thẳng đứng )
+ Khi thang máy đi lên nhanh dần đều hoặc đi xuống chậm dần đều với gia tốc [tex]\underset{a}{\rightarrow}[/tex] :
=> [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] hướng xuống dưới và cùng chiều với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]
=> [tex]g'=g+a => T-2\pi \sqrt{\frac{l}{g+a}}[/tex]

+ Khi thang máy đi lên chậm dần đều hoặc đi xuống nhanh dần đều với gia tốc [tex]\underset{a}{\rightarrow}[/tex]:
=> [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] hướng lên trên và ngược chiều với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]
=> [tex]g'=g-a => T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g-a}}[/tex] ( với a<g )

- Trường hợp 2: Con lắc đơn treo trong toa tàu, ô tô ( chuyển động thẳng trên mặt phẳng ngang )
+ Khi toa tàu ô tô chuyển động nhanh dần đều hoặc chậm dần đều với gia tốc [tex]\underset{a}{\rightarrow}[/tex] :
=> [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] hướng theo phương ngang và vuông góc với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]
[tex]=> g'=\sqrt{g^{2}+a^{2}}[/tex] => [tex]T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g^{2}+a^{2}}}[/tex]

* Lực điện trường: [tex]\underset{F}{\rightarrow}=q\underset{E}{\rightarrow}[/tex]
+ Độ lớn: [tex]F=\left | q \right |E[/tex]
+ Phương, chiều: [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương với [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] khi q>0 và ngược lại.

1472454453868.png



* Trường hợp 1: Con lắc đơn đặt trong điện trường đều hướng thẳng đứng:
- Khi [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] hướng thẳng xuống dưới ( [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] cùng phương, cùng chiều với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex] ):
+ Nếu q>0 => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương cùng chiều với [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương, cùng chiều với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]

=> [tex]g'=g+\frac{\left | q \right |E}{m}=> T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g+(\frac{qE}{m})^{2}}}[/tex]

+ Nếu q<0 => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương, ngược chiều với [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] và [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]

=> [tex]g'=g-\frac{\left | q \right |E}{m}=> T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g-\frac{\left | q \right |E}{m}}}[/tex]

( với [tex]\frac{\left | q \right |E}{m}< g[/tex] )

- Khi [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] hướng thẳng đứng lên trên ( [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] cung phương, ngược chiều với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex] ):
+ Nếu q>0 => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương, cùng chiều với [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương, ngược chiều với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]
=> [tex]g'=g-\frac{\left | q \right |E}{m}=> T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g-\frac{\left | q \right |E}{m}}}[/tex]
( với [tex]\frac{\left | q \right |E}{m}<g[/tex] ).

+ Nếu q<0 => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương ngược chiều với [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] cùng phương, cùng chiều với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]

=> [tex]g'=g+\frac{\left | q \right |E}{m}=> T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g+\frac{\left | q \right |E}{m}}}[/tex]

* Trường hợp 2: Con lắc đơn đặt trong điện trường đều hướng nằm ngang ([tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] vuông góc với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]):
+ q>0 hay q<0 => [tex]\underset{F}{\rightarrow}[/tex] vuông góc với [tex]\underset{P}{\rightarrow}[/tex]

=> [tex]g'=\sqrt{g^{2}+(\frac{qE}{m})^{2}}=> T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g^{2}+(\frac{qE}{m})^{2}}}[/tex]
 

Dương Minh Nhựt

Cựu Phó nhóm Vật lí
Thành viên
29 Tháng sáu 2017
2,299
4,069
546
25
Cần Thơ
Đại Học Cần Thơ
MỘT SỐ VÍ DỤ CỤ THỂ:

Câu 1: Con lắc đơn gồm sợi dây mảnh cách điện có chiều dài ℓ = 1 m quả nặng khối lượng 20 g tích điện cho quả nặng điện tích [tex]q=-1\mu C[/tex] đặt con lắc đơn vào điện trường đều có các đường sức điện thẳng đứng hướng lên trên, có cường độ E = [tex]10^{5}[/tex] V/m. Lấy g= 10[tex]m/s^{2}[/tex] Chu kì dao động nhỏ nhất của con lắc đơn là:
A. 6,28 s.
B. 2,81 s.
C. 1,99 s.
D. 1,62 s.

GIẢI
Sử dụng công thức: [tex]T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g+\frac{\left | q \right |E}{m}}}[/tex] =1,62 s

Câu 2: Con lắc đơn gồm quả cầu tích điện q > 0 nối vào điểm treo cố định nhờ dây treo mảnh, cách điện. Con lắc dao động trong vùng điện trường đều với chu kì không đổi T1. Nếu ta đảo chiều nhưng vẫn giữ nguyên cường độ điện trường, con lắc dao động quanh vị trí cân bằng ban đầu nhưng với chu kì mới là T2 < T1. Ta có nhận xét về phương của điện trường ban đầu:

A. Chưa thể kết luận gì trong trường hợp này.
B. Thẳng đứng, hướng từ trên xuống.
C. Hướng theo phương ngang.
D. Thẳng đứng, hướng từ dưới lên.

Câu 3: Một con lắc đơn gồm quả cầu kim loại nhỏ khối lượng m, tích điện q > 0, dây treo nhẹ, cách điện, chiều dài ℓ. Con lắc dao động điều hòa trong điện trường đều có vecto cường độ điện trường [tex]\underset{E}{\rightarrow}[/tex] hướng thẳng đứng xuống dưới. Chu kì dao động của con lắc được xác định bằng biểu thức :

A. [tex]T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g^{2}+(\frac{qE}{m})^{2}}}[/tex]

B. [tex]T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g-(\frac{qE}{m})^{2}}}[/tex]

C. [tex]T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g-\frac{qE}{m}}}[/tex]

D. [tex]T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g+\frac{qE}{m}}}[/tex]


Câu 4: Một con lắc đơn dao động nhỏ có chu kì T = 1,900 s. Tích điện âm cho vật và cho con lắc dao động trong một điện trường đều có phương thẳng đứng hướng xuống dười thì thấy chu kì T'=2T . Nếu đảo chiều điện trường và giữ nguyên độ lớn của cường độ điện trường thì chu kì dao động mới của con lắc là:
A. 1,600 s.
B. 2,200 s.
C. 1,436 s.
D. 1,214 s.

GIẢI
Gọi độ lớn gia tốc mà điện trường gây ra cho vật là a ( a > 0).

Ta có: [tex]\frac{g'}{g}=\frac{g-a}{g}=(\frac{T}{T'})^{2}=\frac{1}{4}[/tex]

=> [tex]a=\frac{3}{4}g=> \frac{T'}{T}=\sqrt{\frac{g}{g'}}=\sqrt{\frac{g}{g+a}}=\frac{2}{\sqrt{7}}[/tex]

=> [tex]T'=\frac{2}{\sqrt{7}}T[/tex] = [tex]\frac{2}{\sqrt{7}}.1,9=1,436 s[/tex]

* một số ví dụ cơ bản những phần nâng cao hơn vẽ hình và phân tích lực*
 
  • Like
Reactions: Đình Hải
Top Bottom