Dao động và Sóng

Con lắc lò xo

Vật gắn với lò xo lý tưởng dao động điều hòa với chu kỳ phụ thuộc khối lượng và độ cứng lò xo.

Kéo vật khỏi vị trí cân bằng rồi thả, lò xo kéo vật trở lại. Với lò xo nhẹ tuân theo định luật Hooke và dao động quanh vị trí cân bằng, lực hồi phục tỉ lệ với li độ nên chuyển động là điều hòa.

Năng lượng trao đổi

Bỏ qua ma sát, cơ năng $E=\frac12mv^2+\frac12kx^2=\frac12kA^2$ không đổi. Ở biên, vận tốc bằng 0 và thế năng đàn hồi cực đại; tại cân bằng, tốc độ cực đại và động năng cực đại.

Trắc nghiệm nhanh

Với lò xo ngang, định luật II Newton cho $m\ddot x=-kx$, nên $\omega=\sqrt{k/m}$. Với lò xo treo đứng, độ dãn tĩnh $\Delta l_0=mg/k$ cân bằng trọng lực. Đo li độ từ vị trí cân bằng mới làm lực trọng trường triệt tiêu trong phương trình dao động; do đó chu kỳ vẫn là $2\pi\sqrt{m/k}$.

Khi áp dụng mô hình, hãy xác định rõ đại lượng nào được giữ cố định và chọn hệ quy chiếu phù hợp. Viết đơn vị ngay bên cạnh số liệu giúp phát hiện nhầm lẫn giữa các đại lượng cùng ký hiệu hoặc giữa giá trị đo với giá trị dự đoán. Sau khi tính, kiểm tra thứ nguyên, dấu và giới hạn: kết quả phải phù hợp với giả thiết đã dùng, chẳng hạn dao động nhỏ, môi trường đồng nhất hoặc bỏ qua lực cản. Nếu điều kiện thực tế khác giả thiết, cần giải thích sai lệch thay vì áp dụng công thức máy móc.

Một cách kiểm tra trực quan là thay các giá trị đặc biệt vào quan hệ đã lập: xét vị trí cân bằng, biên độ cực đại, một chu kỳ hoặc trường hợp không có chuyển động tương đối. Những trường hợp này thường làm một đại lượng bằng không hoặc đạt cực trị, giúp phát hiện sai dấu và nhầm giữa chu kỳ với tần số. Khi so sánh hai thí nghiệm, chỉ thay đổi một điều kiện mỗi lần để xác định quan hệ nhân quả rõ ràng.