Bài 1. Dao động điều hòa

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Những đặc điểm của dao động cơ

a) Vị trí cân bằng

Vị trí cân bằng là vị trí mà vật đứng yên khi không còn chịu tác dụng của nguyên nhân làm vật dao động.

Khi nghiên cứu dao động trên một đường thẳng, người ta thường:

b) Dao động cơ

Dao động cơ là chuyển động qua lại của vật quanh vị trí cân bằng.

Ví dụ:

c) Dao động tuần hoàn

Nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ thì dao động của vật là dao động tuần hoàn.

Ví dụ:

Dao động tuần hoàn đơn giản nhất là dao động điều hòa.

1.2. Dao động điều hòa

a) Đồ thị của dao động điều hòa

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của li độ $x$ vào thời gian $t$ của một vật dao động điều hòa có dạng một đường hình sin.

Đồ thị $\mathrm{x-t}$ cho biết:

Giá trị lớn nhất của li độ là $A$, giá trị nhỏ nhất là $\mathrm{-A}$. Vật dao động trong giới hạn:

$$\text{-A≤x≤A.}$$

b) Phương trình dao động điều hòa

Đường hình sin có thể được mô tả bằng hàm sin hoặc hàm cosin. Phương trình dao động điều hòa thường được viết dưới dạng:

$$\mathrm{x=A}\cos \left(\text{ωt+φ}\right)$$

Trong đó:

Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin hoặc sin của thời gian.

1.3. Mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều

Nội dung mở rộng

- Xét điểm $M$ chuyển động tròn đều trên đường tròn tâm $O$, bán kính $A$, với tốc độ góc $\omega$.

- Tại thời điểm $t$, bán kính $\mathrm{OM}$ hợp với trục tọa độ một góc: $\text{ωt+φ.}$

Hình chiếu $Q$ của $M$ lên một đường kính của đường tròn có tọa độ: $\mathrm{x=A}\cos \left(\text{ωt+φ}\right).$

Vì vậy:

Dao động điều hòa có thể được biểu diễn bằng hình chiếu của một chuyển động tròn đều lên một đường kính của đường tròn.

Trong phép biểu diễn này:

2. HIỂU SÂU BẢN CHẤT

2.1. Cùng vị trí chưa chắc cùng trạng thái

Trong một chu kì, vật thường đi qua cùng một vị trí hai lần:

Vì vậy, vật trở lại cùng vị trí chưa đủ để kết luận dao động đã lặp lại. Vật phải trở lại cùng vị trí và cùng hướng chuyển động.

2.2. Dao động điều hòa là dao động tuần hoàn

Vì hàm sin và hàm cos lặp lại sau những khoảng thời gian xác định nên mọi dao động điều hòa đều là dao động tuần hoàn.

Tuy nhiên, một dao động tuần hoàn chưa chắc là dao động điều hòa. Muốn là dao động điều hòa, li độ phải biến thiên theo hàm sin hoặc cos của thời gian.

2.3. Đồ thị không phải là quỹ đạo

Đồ thị $\mathrm{x-t}$ có dạng hình sin nhưng đường hình sin không phải là đường chuyển động của vật.

2.4. Chuyển động tròn đều chỉ là cách biểu diễn

Vật dao động không thực sự chuyển động trên đường tròn. Chuyển động tròn đều được dùng làm mô hình hình học để biểu diễn và phân tích dao động điều hòa.

3. GHI NHỚ NHANH

Dao động điều hòa có thể được biểu diễn bằng hình chiếu của chuyển động tròn đều lên một đường kính.

4. LƯU Ý CHO HỌC SINH