[vật lí 12] club lí

S

stupiddd

Đây là phần mà cho đến bây giờ mình mới hiểu tường tận hơn, ít nhất là hơn lúc ban đầu mới làm quen, cho nên mình muốn trình bày nó ra đây để những bạn cũng bắt đầu học Lý 12 có thể bớt bỡ ngỡ hơn khi học dao động điều hòa :D. Bài viết này đa số chỉ sử dụng các kiến thức của lớp 10 (cái năm mình hàm chơi nên mất hết gốc :-s).Có thể sẽ ăn gạch, ăn tạ từ các anh, chị lớp 12 và các bạn nhưng mình rất mong có được sự góp ý của mọi người để rút kinh nghiệm, và tổng hợp kiến thức được chắc hơn.>:D<

I)
1) Định luật Hooke, đọc là Định luật Húc, được đặt tên theo nhà vật lý người Anh thế kỷ 17, Robert Hooke. Ông tuyên bố điều luật này lần đầu tiên năm 1676. Trong cơ học và vật lý, định luật đàn hồi Hooke là một định luật gần đúng cho rằng đa số lò xo tuân theo liên hệ tuyến tính giữa lực đàn hồi và biến dạng.
Lực của lò xo luôn ngược hướng với chiều biến dạng. Tức là lực lò xo luôn có xu hướng làm vật trở về trạng thái không biến dạng. Do dó, lực lò xo còn gọi là lực hồi phục, giúp vật trở lại vị trí cân bằng, luôn hướng về vị trí cân bằng. Có thể thể hiện hướng của lực lò xo:
gif.latex


Ở đây $x$ là độ dài có giá trị đại số, nếu ở vị trí cân bằng kí hiệu A và ở vị trí đang xét là $B$ thì $x=\overline{AB}$.

2)Chúng ta xây dựng công thức của vector lực đàn hồi.

b987dab2a5ca085dc1ff9c22e9d96d0d_45528929.untitled.700x0.jpg


Giả sử ta đưa lò xo từ vị trí cân bằng $A$ đến vị trí $B$ cách $A$ một đoạn là $x=\overline{AB}$.
-Nếu $B$ ở bên phải $A$ thì vector lực đàn hồi có hướng đi từ $B$ về $A$ tức là hướng của vector $\overrightarrow{BA}$.
-Nếu $B$ ở bên trái $A$ thì vector lực đàn hồi có hướng đi từ $B$ về $A$ (lực của lò xo có xu hướng phục hồi) cũng là hướng của vector $\overrightarrow{BA}$.

Mặt khác
gif.latex


Kết hợp với điều trên ta có:

gif.latex


II) Chứng minh tính dao động tuần hoàn của các hệ lò xo:

1)Hệ nối tiếp:
76a249e8e6d1e8a61a43924e8ab5aa62_45527809.untitled.700x0.jpg


Đây là hình của vật lúc ở vị trí cân bằng, và sau đó là khi đưa vật đến vị trí cách vị trí cân bằng một đoạn là x. ( dễ thấy $x=\overline{A'A''}+\overline{B'B''}$).

Vì khối lượng của của 2 lò xo là không đáng kể nên đối với đoạn từ A' cho đến hết vật thì ta có thể nó như là vật. Bằng định luật Newton II và công thức ở phần I ta thu được:
gif.latex


Đối với lò xo 2: Ở thời điểm cân bằng điểm A' cố định, và ta có thể coi nó như là mốc treo của vật lò xo 2.Và tương tự ta cũng có :
gif.latex
.

Bây giờ ta xét ở thời điểm sau khi đưa vật đến vị trí cách vị trí cân bằng x:

Lúc này vật sẽ có một lực khác 0 tác dụng vào, và theo định luật II Newton và công thức ở phần I ta thu được:

gif.latex



gif.latex
 
S

stupiddd

1) Hệ song song, thường thì 2 lò xo có độ dài như nhau và được mắc song song vào 2 cái mốc treo.

4c00c894d4761453cbd6a0d1a2ed6961_45536948.untitled.700x0.jpg


Khi ở vị trí cân bằng 2 lò xo bị dãn ra một đoạn là BA=B'A'.
Theo định luật Newton II và công thức ở phần I ta có:
gif.latex
(*)

Sau đó ta đưa vật đến vị cách vị trí cân bằng một đoạn x,C và C' là 2 vị trí của 2 lò xo lúc ấy.
Dễ thấy rằng khi đó lò xo sẽ chịu một lực tác dụng và không còn cân bằng nữa. Vì vector trong lực thì không đổi nhưng vector lực đàn hồi của các lò xo thì lại thay đổi. Có thể bạn sẽ hỏi là chúng thay đổi nhưng tổng của nó không thay đổi ?. Câu trả lời là sự biến thiên các vector lực đàn hồi có hướng giống nhau. (bạn có thể tự hiểu điều này).
Và khi đó cũng theo định luật Newton II và (*) ta thu được điều sau:

gif.latex


3) Hệ xung đối :khi5h:

a11f385da472fd6f5ee7624e8a4294cb_45538476.untitled.700x0.jpg


Đây là hình khi vật ở vị trí cân bằng (hình chỉ có tính chất tương trưng, thực ra trong cách bài toán thì kích thước quả cầu không đáng kể và A',B' coi như 1 nên mình sẽ đặt nó là O). 2 đoạn màu xanh nét liền là 2 lò xo lúc chưa đưa vật vào. Sau khi đưa vật móc vào thì 2 lò xo bị dãn hoặc co mà mình biểu thị bằng những nét đứt. Khoảng cách của 2 cái cột mốc có thể dài hơn hoặc bằng tổng chiều dài của 2 lò xo (mình chưa gặp trường hợp ngắn hơn).Và mình chỉ vẽ hình ban đầu vì trong phần này điểm C cách vị trí cân bằng một đoạn x không còn quan trọng nữa.
Xét vị trí cân bằng, sử dụng định luật II Newton ta có:
gif.latex

Và khi ở vật ở C:

gif.latex


Đây mới chỉ là những phần hệ lò xo thẳng đứng, các bạn có thể dựa vào nó để chứng minh với hệ lò xo nằm ngang.

Sau khi chứng minh được các hệ lò xo là những dao động điều hòa thì chúng ta có thể giải được những bài toán về hệ lò xo bằng cách viết phương trình tổng quát của nó hay là sử dụng những tính chất của phương trình dao động điều hòa như:

gif.latex


Đây là một số vị dụ về còn hệ xung đối (bài tập về hệ song song và nối tiếp thì mình chưa có nên đưa tạm dạng này :Onion43:)

Ví dụ 1: Hai lò xo $L_1,L_2$ có chiều dài tự nhiên $l_{01}=30cm,l_{02}=40cm$ và độ cứng $k_1=60 N/m, k_2=90 N/m$ móc với vật nặng $m=600g$ có kích thước không đáng kể vào $2$ điểm cố định $AB$ cách nhau $80cm$ như hình vẽ. Chọn gốc $O$ là vị trí cân bằng, chiều dương hướng xuống. Đưa vật tới vị trí lò xo $L_2$ giãn $3cm$ rồi thả nhẹ. Chọn gốc thời gian $t=0$ là lúc bắt đầu thả vật. Lấy $g=\pi^2=10m/s^2.$ Viết phương trình dao động.

0007c3dc1e664d3ee20d447056cde760_45540086.untitled.700x0.jpg


Xem nào, giờ chúng ta đã có hệ xung đối là một dao động điều hòa và những dư kiện có là $2$ cái hệ số đàn hồi, $2$ cái chiều dài, khối lượng $m$, khoảng cách $2$ mốc $AB, t=0,v=0$ và một dữ kiện là đưa vật tới chỗ lò xò $2$ dãn $3cm.$
Chúng ta phải tìm $A,\omega, \varphi$ để có được phương trình

Theo phần trước thì chúng ta dễ dàng tính được $\omega$ dựa vào công thức $\omega=\sqrt{\frac{m}{k_1+k_1}}$

Và chúng ta có công thức
gif.latex


Như vậy tại thời điểm t=0, nếu biết được x chúng ta sẽ có A vì lúc ấy do v=0 tức là A=|x| :khi5o:


Muốn tìm được x trước tiên ta sẽ tìm vị trí tương đối của vị trí cân bằng O và điểm mút của lò xo 2 lúc chưa giãn rồi kết hợp với dữ kiện cuối cùng là ra.

Nhưng vị trí O sẽ ở đâu ?. Đây là hình lúc ban đầu khi chưa ghép với vật năng:

e4b2e7466e1888eb49b18bb039b48220_45540900.untitled.700x0.jpg


-O ở điểm giữa của AB như ở phần II (hệ xung đối).Có thể đấy chứ :01: vì lúc ấy.
$F_{02}+F{01}=P (1).$

và nếu gọi 2 độ giãn là b và a thì : $b+a=A'B'-(A'A+B'B).$ Theo đề bài thì $b+a=0,1 m.$

kết hợp với $(1)$ ta thu được hệ:

gif.latex



-O ở vị trí $A'A$ :khi6a: , lúc này lò xo 2 nén, lò xo 1 giãn, nếu vật nặng cân bằng được thì chắc là có phép lạ :Onion07:.Vậy ta không xét trường hợp này.


-O ở vị trí B'B. rất có khả năng ấy chứ :01: , lúc ấy lò xo 1 bị nén, lò xo 2 bị giãn (như hình)

b20d66316cad453c25ebe1da88b4cecc_45541107.untitled.700x0.jpg


ta thu được hệ:

gif.latex



Vậy chẳng lẽ có 2 vị trí cân bằng :Onion21:. Ồ không, nếu như vậy thì a và b sẽ thỏa mãn cả 2 hệ trên nhưng để thỏa mãn cả 2 hệ thì chỉ có một trường hợp duy nhất của a và b và trường hợp ấy sẽ lại chỉ xác định 1 vị trí duy nhất của O.Ta làm với trường hợp tổng quát với các hệ số đàn hồi là \alpha và \beta :
gif.latex


Nhưng để ý là phi a=0 thì :
gif.latex


Vậy để nó cũng chỉ đúng với một độ cứng cố định của lò xo 2, nếu không sẽ gây ra vô lý và sẽ chỉ có một pt có nghiệm.

Trở lại bài toán của chúng ta. thì \beta ở đây nếu là 60 O sẽ ở B nhưng nó là 90 tức là chỉ có 1 phương trình có nghiệm, các bạn thử bấm máy tính thì sẽ thấy phương trình đầu tiên có nghiệm b=0,08 và a=0,02 và ta chọn luôn phương trình đó :05:.


Đề bài cho là đưa vật về vị trí lò xo $2$ giãn $0,03m$ thì tức là điểm đó cách O một đoạn $l=0,08-0,03=0,05.$ Do vậy mà $A=0,05.$ vì chiều hướng xuống là chiều dương nên li độ $x=-5cm.$

Tìm $\varphi$ bằng cách giải phương trình sau:

gif.latex


Phương trình của dao động là

gif.latex


Tìm được PTDĐ thì coi như làm được mọi thứ còn gì :D. Mình chỉ xin làm 1 ví dụ và tạm dừng ở đây ( vì làm nhiều rất mỏi tay).

Ở dưới đây là file,trong đó có rất nhiều bài xung đối, các bạn có thể tham khảo.

http://www.mediafire.com/?0kjpeh545b2n9j7

p/s: mình vẫn chưa tìm ra cách nào để loại bỏ một phương trình thừa, anh chị hay bạn nào có phương pháp thì giúp em với ạ, cám ơn

Nguồn boxmath.​
 
S

shin1995

topic này hình như dành cho những người thích thể hiện hay sao ý. Chưa gì quăng bài tập đâu đâu không thế mem vừa học làm sao làm được.
Một vận dao động điều hòa theo phương trình x= 4cosx2.pi.t (cm), Khoảng thời gian để hòn bi đi được 6 cm kể từ lúc t = 0.
 
Top Bottom