CHUYÊN ĐỀ LTĐH DAO ĐỘNG CƠ
I.LÝ THUYẾT VỀ ĐẠI CƯƠNG DĐĐH.
1.Mối liên hệ giữa các phương trình.
$$x = A\cos (\omega t + \partial )$$(phương trình li độ)
$$v = x' = - A\omega \sin (\omega t + \partial ) = A\omega \cos \left( {\omega t + \partial + \frac{\pi }{2}} \right)$$(phương trình vận tốc)
$$a = v' = - A{\omega ^2}\cos (\omega t + \partial ) = A{\omega ^2}\cos (\omega t + \partial + \pi )=-\omega^{2}x$$(phương trình gia tốc)
Từ phương trình trên, ta nhận thấy:
+Cả $x,a,v$ nhận giá trị min và max tùy vào phần lượng giác.
+$v$ sớm pha hơn $x$ 90 độ, $a$ sớm pha hơn $v$ 90 độ, $a$ ngược pha với $x$.
+$\left | x \right |$ càng lớn thì $\left | a \right |$ càng lớn.
2.Đường tròn lượng giác.
Dựa trên vòng tròn lượng giác và chuyển động thực tế của vật ta có nhận xét sau:
+$\overrightarrow v$ luôn cùng chiều với chiều chuyển động hay cụ thể hơn là vật chuyển động theo chiều dương thì $v>0$ và ngược lại.
+$\left| v \right|$ đạt max tại vị trí cân bằng, đạt min tại vị trí biên.
+$\left| a \right|$ đạt max tại vị trí biên, đạt min tại VTCB.
CÁC DẠNG PHƯƠNG TRÌNH LI ĐỘ KHÁC:
$$x = a \pm A\cos (\omega t + \partial )$$
$$x = a \pm A{\cos ^2}(\omega t + \partial )$$
3.Các hệ thức độc lập, liên qua đến lực, năng lượng.
Lực phục hồi:
$$F = ma$$
Các bạn có thể khai triển thêm theo $a$ hoặc theo công thức $$k = m{\omega ^2}$$
Các hệ thức độc lập:
$${A^2} = {x^2} + {\left( {\frac{v}{\omega }} \right)^2} = {\left( {\frac{a}{{{\omega ^2}}}} \right)^2} + {\left( {\frac{v}{\omega }} \right)^2} = {\left( {\frac{F}{k}} \right)^2} + {\left( {\frac{v}{\omega }} \right)^2}$$
Năng lượng:
+Cơ năng được bảo toàn và $W=\frac{1}{2}kA^{2}$
+Động năng: $W_{d}=\frac{1}{2}mv^{2}$
+Thế năng: $W_{t}=\frac{1}{2}m\omega^{2}x^{2}$
+Khi tính động năng tại vị trí có li độ $x$ thì: $W_{d}=\frac{1}{2}k(A^{2}-x^{2})$
+Trong dao động điều hòa, cơ năng và thế năng biến thiên với tần số góc $2\omega$, tần số $2f$ và chu kì $\frac{T}{2}$
+Trong một chu kỳ có 4 lần cơ năng bằng thế năng, khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp là $\frac{T}{4}$.
II.BÀI TẬP ĐẠI CƯƠNG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA.
1.Dạng toán tính t(min) để vật đi từ $x_{1}$ đến $x_{2}$.
Dùng vòng tròn lượng giác với công thức:
$$\Delta t = \frac{{\Delta \partial }}{\omega }$$
BÀI TẬP MINH HỌA: Một vật dao động với phương trình: $x=10\sin (2\pi t+\frac{\pi}{2})$(cm).Tìm thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí $x=\frac{-A}{2}$ đến $x=\frac{A\sqrt{2}}{2}$.
Giải
Áp dụng vòng tròn lượng giác dễ thấy quỹ đạo di chuyển quay được một góc $\frac{\pi}{6}+\frac{\pi}{4}=\frac{5\pi}{12}$.Áp dụng công thức, ta có:
$$\Delta t = \frac{{\Delta \partial }}{\omega }=\frac{\frac{5\pi}{12}}{2\pi}=0,21(s)$$
2.Tính quãng đường đi được trong thời gian t.
+Nếu $\frac{t}{T}<1$ thì áp dụng công thức ở dạng toán 1.
+Nếu $\frac{t}{T}>1$ thì ta phân tích thành $t=aT+t_{1}$.Trong đó a là phần nguyên của phép chia $\frac{t}{T}$, còn $t_{1}$ là phần thời gian lẻ còn lại.
Với $aT$ thì $S=a.4A$
Phần lẻ tính như dạng toán 1.
BÀI TẬP MINH HỌA: Một vật dao động điều hòa có phương trình $x=2\cos (10\pi t-\frac{\pi}{3})$(cm).Tính quãng đường vật đi trong 1,1s đầu tiên.
Giải
$$T=\frac{2\pi}{\omega}=0,2s$$
Ta có: $\frac{t}{T}=\frac{1,1}{0,2}=5,5$
Suy ra $t=5T+\frac{1}{2}T$.
Vậy $S=20A+2A=22A=44cm$
BÀI TẬP MINH HỌA: Một vật dao động điều hòa với phương trình: $x=4\cos (\pi t-\frac{\pi}{2})$.Tính quãng đường vật đi được trong 2,25s đầu tiên.
Giải
Tương tự bài trên, ta tính được:
$t=T+0,25s$
Chỉ cần giải quyết 0,25s này.Vẽ đường tròn lượng giác ra, sau khi đi hết T thì vật trở lại vị trí ban đầu và đi tiếp 0,25s này.
Cần xác định trong 0,25s này vật đi theo chiều dương hay âm hoặc lúc âm lúc dương.
Vị trí ban đầu ở góc phần tư thứ tư và muốn đi hết góc phần tư này cần 0,5s tức là $\frac{T}{4}$.Vậy trong thời gian 0,25s này vật không đổi chiều và quét một góc $\frac{\pi}{4}=2\sqrt{2}$
Bài toán giải quyết xong!
Kết luận:Qua 2 bài toán trên, ta thấy đều cho biết trạng thái chuyển động như đầu tiên,... Không có bài toán nào tự dưng cho thời gian t mà tính S cả vì có vô số trường hợp cho t đó.
Tính quãng đường lớn nhất và nhỏ nhất trong thời gian T.
Dùng công thức:
$$S_{max}=2A\sin\frac{\Delta\varphi }{2}$$
$$S_{max}=2A(1-\cos\frac{\Delta\varphi }{2})$$
UPDATING....
BÀI TẬP CHO PHẦN NÀY:
1.(CĐ 2007) Một vật nhỏ dao động điều hòa có biên độ $A$, chu kì dao động $T$, ở thời điểm ban đầu $t_{0}=0$ vật đang ở vị trí biên.Quãng đường mà vật đi được từ thời điểm ban đầu đến thời điểm $t=\frac{T}{4}$ là bao nhiêu?
2.(ĐH 2007)Một vật nhỏ thực hiên dao động điều hòa theo phương trình $x=10\sin(4\pi t+\frac{\pi}{2})$( cm) với t tính bằng giây.Động năng của vật đó biến thiên với chu kì bằng bao nhiêu?
3.(CĐ 2008) Một vật dao động điều hòa dọc theo trịc $Ox$, quanh vị trí cân bằng O với biên độ $A$ và chu kì $T$.Trong khoảng thời gian $\frac{T}{4}$, quãng đường lớn nhất và vật có thể đi được là bao nhiêu?
4.(ĐH 2008) Cơ năng của vật dao động điều hoà:
A. biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì bằng một nửa chu kì dao động của vật.
B. tăng gấp đôi khi biên độ dao động của vật tăng gấp đôi.
C. bằng động năng của vật khi vật tới VTCB.
D. biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì bằng chu kì dao động của vật.
5.(ĐH 2009) Một vật dao động điều hoà theo một trục cố định( mốc thế năng ở VTCB) thì:
A. động năng của vật cực đại khi gia tốc của vật có độ lớn cực đại.
B. khi vật đi từ VTCB ra biên, vận tốc và gia tốc của vật luôn cùng dấu.
C. khi ở VTCB thế năng của vật bằng cơ năng.
D. thế năng của vật đạt cực đại khi vật ở vị trí biên
Các bạn nào muốn ủng hộ topic mình thì nên post lời giải kĩ càng, không nên spam trong topic, khuyến khích hỏi về chuyên môn, mình sẽ up lời giải và quan điểm của mình lên nữa.
Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi Tran Hoai Nghia: 28-02-2014 - 21:01