Bài 1: Dao động điều hoà

I. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA DAO ĐỘNG CƠ

1. Thí nghiệm

Chuẩn bị : Sử dụng con lắc lò xo hoặc con lắc đơn (Hình 1.1).

Tiến hành : 

Treo một vật nhỏ, nặng vào đầu tự do của một lò xo nhẹ (Hình 1.1a) hoặc một dây nhẹ không dãn ta có con lắc lò xo hoặc con lắc đơn (Hình 1.1b).

2. Dao động cơ

Vật chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng. Chuyển động như vậy gọi là dao động cơ. Dao động cơ của một vật có thể là tuần hoàn hoặc không tuần hoàn. Nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ thì dao động của vật đó là tuần hoàn.

Ví dụ : Dao động của con lắc đồng hồ là tuần hoàn, dao động của cành cây đu đưa khi gió thổi là không tuần hoàn.

Dao động tuần hoàn có thể có mức độ phức tạp khác nhau. Dao động tuần hoàn đơn giản nhất là dao động điều hòa.

II. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1. Đồ thị của dao động điều hòa

Ta hãy quan sát dao động của một con lắc lò xo dọc theo trục x thẳng đứng tại các thời điểm khác nhau như Hình 1.2. Gọi t = 0 là thời điểm bắt đầu quan sát, x = 0 là vị trí cân bằng của quả cầu.

Đường cong trên Hình 1.2 là đồ thị dao động của con lắc. Nó cho biết vị trí của quả cầu trên trục x tại những thời điểm khác nhau. Đường cong này có dạng hình sin.

2. Phương trình của dao động điều hòa

Tương ứng với đồ thị hình sin trên là hàm sin hoặc cosin.

Ta chọn : 

\(x=Acos\left(\omega t+\varphi\right)\)

là hàm tương ứng với đồ thị Hình 1.2, còn được gọi là phương trình của dao động điều hòa.

Trong phương trình này A, \(\omega\) và \(\varphi\) là các hằng số.

• x là li độ dao động.
• A là biên độ dao động.
• \(\left(\omega t+\varphi\right)\) là pha của dao động ở thời điểm t.
• \(\varphi\) là pha ban đầu.

Dao động được mô tả bằng phương trình \(x=Acos\left(\omega t+\varphi\right)\) gọi là dao động điều hòa. Vật nặng của con lắc đang dao động điều hòa gọi là vật dao động điều hòa.