B – NỘI DUNG

I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
1. Mối liên hệ giữa một dao động điều hòa và một chuyển động tròn đều.
Khi nghiên cứu về phương trình của dao động điều hòa, chúng ta đã biết một vật đang chuyển động tròn đều trên quĩ đạo thì có hình chiếu xuống một đường kính của quĩ đạo là dao động điều hòa. Do đó một dao động điều hòa có dạng x = Acos((t + () có thể được biểu diễn tương đương với một chuyển động tròn đều có:
- Tâm của đường tròn là VTCB 0.
- Bán kính của đường tròn bằng với biên độ dao động: R = A
- Vị trí ban đầu của vật trên đường tròn hợp với chiều dương trục ox một góc (.
- Tốc độ quay của vật trên đường tròn bằng (.
- Bên cạnh cách biểu diễn trên, ta cần chú ý thêm:
+ Thời gian để chất điểm quay hết một vòng (3600) là một chu kỳ T.
+ Chiều quay của vật ngược chiều kim đồng hồ.
+ Góc mà bán kính nối vật chuyển động quét được trong quá trình vật chuyển động tròn đều: (( = (.(t
( thời gian để vật dao động điều hòa đi được góc (( là:
(t = (( /( = ((.T/2(
2. Đối với dao động cơ học điều hòa ta có các nhận xét sau:
- Mỗi 1 chu kì vật đi được quãng đường 4A, mỗi nửa chu kì (T/2) thì vật đi được quãng đường 2A, còn trong T/4 vật đi được từ VTCB ra các vị trí biên hoặc ngược lại từ các vị trí biên về VTCB.
- Mỗi 1 chu kỳ vật qua vị trí bất kỳ 2 lần (riêng với điển biên thì 1 lần).
- Mỗi một chu kỳ vật đạt vận tốc
hai lần ở 2 vị trí đối xứng nhau qua vị trí cân bằng và đạt tốc độ v bốn lần mỗi vị trí 2 lần do đi theo 2 chiều âm dương.
- Mỗi chu kỳ lực đàn hồi cực đại 1 lần ở 1 biên và cực tiểu 1 lần ở biên còn lại nếu (l (ở vị trí cân bằng ) lớn hơn A và cực tiểu ( bằng không) 2 lần ở một vị trí x = - (l nếu (l < A còn lực hồi phục (hợp lực) cực đại 2 lần ở 2 biên và cực tiểu (bằng không) 2 lần ở vị trí cân bằng.
- Đối với gia tốc thì kết quả như với li độ.
- Chú ý: Nếu t = 0 tính từ vị trí khảo sát thì cả quá trình được cộng thêm một lần vật đi qua li độ, vận tốc… đó.
II. Các ứng dụng:
1.Ứng dụng để viết phương trình dao động điều hòa.
a. Ví dụ: Một lò xo có độ cứng k = 50 N/m đặt nằm ngang, một đầu cố định vào tường, đầu còn lại gắn với vật khối lượng m = 500g. Vật có thể chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang. Đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn x =
cm rồi truyền cho vật một vận tốc v = 10 cm/s theo chiều hướng ra xa vị trí cân bằng. Chọn gốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động, gốc tọa độ của trục tọa độ nằm ngang là vị trí cân bằng của vật, chiều dương theo chiều vận tốc ban đầu của vật. Viết phương trình dao động của vật.
Bài giải
Tần số góc của dao động điều hòa:


Biên độ dao động của vật được tính bởi công thức:
A2 = x2 + v2/ω2 = 3 + 1 = 4
→ A = 2 (cm)
Tam giác vuông OxA có cos
=
: 2 →
= 600.
Có hai vị trí trên đuờng tròn, mà ở đó đều có vị trí x =
cm.
Trên hình tròn thì vị trí B có ( = - 600 = - π/6 tương ứng với trường hợp (1) vật dao động đi theo chiều dương, còn vị trí A có ( = 600 = π/6 ứng với trường hợp (2) vật dao động đang đi theo chiều âm. Như vậy vị trí B là phù hợp với yêu cầu của đề bài. Vậy ta chọn ( = - π/6
==> Ptdđ của vật là: x = 2cos(10t - π/6) (cm).
b. Các bài toán áp dụng:
Bài 1. Một vật dao động điều hòa với chu kỳ 0,2s. Khi vật cách vị trí cân bằng 2
cm thì có vận tốc 20

cm/s. Chọn gốc thời gian lúc vật qua vị trí cân bằng theo chiều âm thì phương trình dao động của vật là:
A. x = 4 Cos(10