Công thức tính cơ năng của con lắc lò xo và bài tập thực hành

Trong Vật Lý, cơ năng của con lắc lò xo là một trong những kiến thức mà bất kể bạn học sinh nào cũng cần phải ghi nhớ, bởi nó được áp dụng rất nhiều trong các đề thi như cuối kỳ, tốt nghiệp THPT. Vậy bạn đã nắm vững được khái niệm, công thức và bài tập tính cơ năng của con lắc lò xo chưa? Nếu chưa thì hãy đón xem bài viết bên dưới, Top Nổi Bật sẽ giúp bạn giải đáp những thắc mắc đó.

Xem thêm:

• Công thức tính chu kì, tần số của con lắc lò xo và bài tập có lời giải
• Công thức tính bước sóng hay nhất và bài tập thực hành dễ hiểu

Tìm hiểu về cơ năng

Trước khi đi tìm hiểu về công thức tính cơ năng của con lắc lò xo thì bạn cần hiểu về khái niệm của cơ năng là gì. Cơ năng chính là khả năng sinh công của một vật. Khi vật có khả năng sinh công càng lớn thì cơ năng của vật đó sẽ càng lớn.

Đơn vị đo của cơ năng là Jun, được ký hiệu là J.

Cơ năng sẽ được chia làm 2 dạng là thế năng và động năng.

Công thức tính cơ năng của con lắc lò xo hay và chính xác nhất

W = W_d + W_t = ½.k.A² = ½.m.ω².A²

Cơ năng của con lắc lò xo sẽ không đổi và tỷ lệ với bình phương biên độ dao động. Nếu bỏ qua mọi ma sát cơ năng của con lắc lò xo chính là đại lượng bảo toàn.

Một số kiến thức liên quan đến cơ năng của con lắc lò xo

• Công thức tính động năng của con lắc lò xo là:

W_d = ½.m.v² = ½.m.A².ω².sin².(ωt + φ)

Động năng của con lắc lò xo dao động tuần hoàn với ω’ = 2ω và f’ = 2f; T’ = T/2

• Công thức tính thế năng của con lắc lò xo là:

W_d = ½.k.x² = ½.k.A².cos².(ωt + φ)

Như vậy, thế năng của con lắc lò xo dao động tuần hoàn với ω’ = 2ω; f’ = 2f và T’ = T/2

Chú ý:

• Động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn ngược pha với nhau, còn cơ năng sẽ bảo toàn

E = E_đ (ở VTCB), còn E = E_t (ở biên)

• Cơ năng của con lắc lò xo sẽ không phụ thuộc vào khối lượng của vật.

Những bài tập tính cơ năng của con lắc lò xo có lời giải dễ hiểu

Bài tập 1: Một vật dao động điều hòa theo phương trình x = 10sin(4πt + π/2)cm. Hỏi cơ năng của vật biến thiên tuần hoàn với chu kì là bao nhiêu?

Lời giải

Cơ năng của dao động điều hòa luôn là hằng số, bởi nó không thể biến thiên.

Bài tập 2: Một con lắc lò xo bao gồm quả cầu nhỏ có khối lượng là 600g và lò xo có độ cứng là 60 N/m. Cho con lắc dao động điều hòa trên phương nằm ngang. Tại thời điểm vận tốc của quả cầu là 0,2 m/s thì gia tốc của nó là -√4 m/s². Hỏi cơ năng của con lắc lò xo là bao nhiêu?

Lời giải

Ta có: W = [(ma)²/2k] + mv²/2 = [(-0,6.√4)²]/(2.60) + (0,6.0,2²)/2 = 0,02 (J)

Trên đây là phần khái niệm, công thức và bài tập tính cơ năng của con lắc lò xo chính xác và đầy đủ nhất. Top Nổi Bật hy vọng rằng bài viết này sẽ giúp các em hiểu rõ hơn về lý thuyết và những dạng bài tập về cơ năng của con lắc lò xo thông thường. Để từ đó nhớ công thức và dễ dàng giải những bài tập liên quan đến cơ năng của con lắc lò xo.