Lý thuyết Năng lượng trong dao động điều hòa - Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo

BÀI 3: NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1. Thế năng trong dao động điều hòa

a. Biểu thức của thế năng trong dao động điều hòa

- Thế năng trong dao động điều hòa được tính theo công thức:

\({W_t} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}{\cos ^2}(\omega t + {\varphi _0})\)

- \({W_{t\max }} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}\) là giá trị cực đại của thế năng

b. Sự biến đổi của thế năng theo thời gian

- Thế năng trong dao động điều hòa biến đổi tuần hoàn theo thời gian với tần số góc bằng hai lần tần số góc của li độ

\(\omega ' = 2\omega \)

2. Động năng trong dao động điều hòa

a. Biểu thức của động năng trong dao động điều hòa

- Động năng của vật dao động điều hòa được tính theo công thức

\({W_d} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}{\sin ^2}(\omega t + {\varphi _0})\)

- \({W_{d\max }} = {W_{t\max }} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}\) là giá trị cực đại của động năng

b. Sự biến đổi của động năng theo thời gian

- Động năng của vật dao động điều hòa biến đổi tuần hoàn theo thời gian với tần số góc bằng hai lần tần số góc của li độ theo công thức

\(\omega ' = 2\omega \)

3. Sự chuyển hóa năng lượng và bảo toàn cơ năng trong dao động

a. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa

- Khi vật ở biên, độ lớn li độ cực đại và vận tốc bằng không, thế năng có giá trị cực đại còn động năng bằng không.

- Khi vật di chuyển từ vị trí biên về VTCB, độ lớn li độ giảm nên thế năng giảm và độ lớn vận tốc tăng nên động năng tăng

- Khi vật ở VTCB, li độ bằng 0 và độ lớn vận tốc cực đại, thế năng băng 0 và động năng có giá trị cực đại

- Khi vật di chuyển từ VTCB ra biên, độ lớn li độ tăng nên thế năng và độ lớn vận tốc giảm nên động năng giảm

- Trong quá trình vật dao động, động năng và thế năng luôn thay đổi và chuyển hóa qua lại với nhau

b. Sự bảo toàn cơ năng trong dao động điều hòa

- Công thức xác định cơ năng trong dao động điều hòa

\(W = {W_t} + {W_d} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}\)

- Trong quá trình vật dao động điều hòa, thế năng và động năng biến đổi liên tục theo thời gian nhưng cơ năng luôn bảo toàn

Sơ đồ tư duy về “Năng lượng trong dao động điều hòa”