Lực kéo về con lắc đơn là gì? Công thức lực kéo về con lắc đơn

0
6315
Lực kéo về con lắc đơn là gì? Công thức lực kéo về con lắc đơn

Mục lục bài viết

1. Lực kéo về con lắc đơn là gì?

Lực kéo về con lắc đơn, còn được gọi là lực hồi phục hay lực hồi tự, là một lực vật lý xuất hiện khi một vật thể được dịch chuyển ra khỏi vị trí cân bằng của nó và được hướng về vị trí cân bằng đó. Hiểu một cách đơn giản, đối với con lắc đơn, lực kéo về này là lực mà con lắc đơn trở lại vị trí thả tự nhiên sau khi được dịch chuyển ra khỏi vị trí cân bằng.

Ví dụ lực kéo về con lắc đơn:

Đối với con lắc đơn đơn giản gồm một khối treo từ một sợi dây không ma sát, khi kéo khối treo ra khỏi vị trí cân bằng và thả tự do, khối treo sẽ dao động quanh vị trí cân bằng.

Lúc này, lực kéo về đưa khối treo về vị trí cân bằng làm cho nó dao động đi và lại.

2. Công thức lực kéo về của con lắc đơn

Một con lắc đơn có chiều dài dây l khối lượng con lắc, dao động điều hòa tại nơi có gia tốc trọng trường g với li độ góc α. Biểu thức lực kéo về của con lắc đơn là:

Pt=mgα

Trong đó:

  • m: khối lượng của con lắc (đơn vị: kg – kilogram)
  • g: gia tốc trọng trường (đơn vị: m/s^2 – mét trên giây bình phương)
  • α: gia tốc góc của con lắc (đơn vị: rad/s^2 – radian trên giây bình phương)

Khi con lắc đơn nằm trong không khí và không bị lực ma sát, công thức động lực học sẽ là:

Στ = I * α

Trong đó:

  • Στ là tổng moment lực hoạt động trên con lắc (đơn vị: Nm – Newton mét)
  • I là mô-men quán tính của con lắc (đơn vị: kg·m^2 – kilogram mét bình phương)
  • α là gia tốc góc của con lắc (đã được định nghĩa ở trên)

Đối với con lắc đơn đơn giản, mô-men quán tính I có thể tính bằng:

I = m * r^2

Trong đó:

  • r là khoảng cách từ trục quay đến khối lắc (đơn vị: m – mét)

Quay trở lại công thức ban đầu, ta có:

Στ = I * α m * g * r = m * r^2 * α

Rút gọn: g = r * α

Đây chính là công thức liên kết gia tốc góc (α) và gia tốc trọng trường (g) trong con lắc đơn.

Công thức lực kéo về cực đại của con lắc đơn là:

F_max = -k * x_max

Trong đó:

  • F_max là lực kéo về cực đại của con lắc lò xo (đơn vị là Newton).
  • k là hằng số lò xo, hằng số đàn hồi (đơn vị Newton trên mét, N/m).
  • x_max là biến dạng tối đa của lò xo trong quá trình dao động (đơn vị mét).

3. Lực kéo về con lắc lò xo là gì?

Lực kéo về con lắc lò xo được mô tả bởi định luật Hooke, đó là một nguyên lý trong cơ học kết hợp với đặc tính của lò xo. Theo định luật Hooke, lực kéo (F) của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của nó (x), theo công thức:

F = -kx

Trong đó:

  • F là lực kéo về con lắc lò xo (đơn vị là Newton).
  • k là hằng số lò xo, gọi là hằng đàn hồi (đơn vị Newton trên mét, N/m). Hằng số này thể hiện độ cứng của lò xo, tức là mức độ nó kéo dãn hoặc co lại cho mỗi đơn vị biến dạng x.
  • x là độ biến dạng của lò xo so với vị trí cân bằng (đơn vị mét).