phần I
con lắc lò xo
Bài 1: Một lò xo đợc treo thẳng đứng, đầu trên của lò xo đợc giữ chuyển
động đầu dới theo vật nặng có khối lợng m = 100g, lò xo có độ cứng k = 25
N/m. Kéo vật rời khỏi VTCB theo phơng thẳng đứng hớng xuống một đoạn
2cm, truyền cho nó vận tốc
310
.

(cm/s) theo phơng thẳng đứng hớng lên.
Chọn góc tg là lúc thả vật, gốc toạ độ là VTCB, c dơng hớng xuống.
a. Viết PTDĐ.
b. Xác định thời điểm vật đi qua vị trí mà lò xo giãn 2 cm lần thứ nhất.
Lời giải
a) Tại VTCBO
kl = mg
l =
0,04
25
0,1.10
k
mg
==
(m
+ =
===
5105
1,0
25
m
k

l
0
0(VTCB)
)
x
- l



Vậy lúc đó x = -2 (cm)
Ta có: -2 = 4sin (5t +
6
5

)
sin (5t +
6
5

) =
2
1

5t +
6
5

=
6
7

10.25
2
2
1
2
2
1

=+ mvkx
(J)
Ta có phơng trình:
322
25.10).0,4.(0,25
2
1
)
k
4
k(0,026
2
1

=+
k(2,6.10
-2
-
025,0)
4
2
=

t25sin(2

+
(cm)
Bài 3: Hai lò xo có độ cứng lần lợt
là k
1
= 30 (N/m) và K
2
= 30 (N/m)
đợc gắn nối tiếp với nhau và
gắn vào vật M có khối lợng m = 120g nh hình vẽ. Kéo M dọc theo trục lò xo
tới vị trí cách VTCB 10 cm rồi thả không vận tốc đầu trên mặt phẳng ngang.
Bỏ qua ma sát.
1. CM vật DĐĐH, viết PTDĐ
2. Tính lực phục hồi cực đại tác dụng vào vật
Lời giải
1. Chọn trục ox nằm ngang, chiều dơng từ trái qua phải, gốc 0 tại VTCB của
vật.
Khi vật ở VTCB, các lò xo không bị biến dạng.
Khi vật ở li độ x thì x = x
1
+ x
2
với x
1
; x
2
là độ biến dạng của 2 lò xo (cùng
dãn hoặc nén).

F
k
F
L
1
L
2
M
Mặt khác F = - kx
kkk
111
21
=+
áp dụng định luật 2 N: F = m.a = mx
''
mx
''
= - k.x hay x
''
= - x
2
với
2
=
)(
.
21
21
kkm
kk


0 = Acos ; cos = 0 A = 10 (cm)
Vậy phơng trình dao động là
x = 10sin (10t +
2

) (cm)
2. Ta coi con lắc đợc gắn vào 1 lò xo có độ cứng K
Vậy lực phục hồi là F = - kx
Lực phục hồi cực đại F
max
= +kA = 120,10 = 1,2N
Bài 4: Dùng hai lò xo cùng chiều dài độ cứng k = 25N/m treo 1 quả cầu
khối lợng m = 250 (g) theo phơng thẳng đứng kéo quả cầu xuống dới VTCB 3
cm rồi phóng với vận tốc đầu 0,4
2
cm/s theo phơng thẳng đứng lên trên. Bỏ
qua ma sát (g = 10m/s
2
;

2
= 10).
1. Chứng minh vật dao động điều hoà, viết PTDĐ?
2. Tính F
max
mà hệ lò xo tác dụng lên vật?
Lời giải

1. Chọn trục 0x thẳng đứng hớng xuống

P
+

= FF2
dh
mg - 2k(l
0
+ x) = F (2)
Từ (1) (2) F = -2kx
Theo định luật II Niutơn : F = ma = mx
''
x
''
=
x
m
k2

x = Asin (t + ) Vậy vật DĐĐH
+ PTDĐ: Tại t = 0 x = +3cm > 0
v = - 0,4
2
m/s = - 40
2
(cm/s)
Ta có hệ 3 = A sin ; sin > 0
- 40
2
= 10
2

m
O

143,13
0

e) Lực mà hệ số lò xo tác dụng vào vật
Cả 2 lò xo coi nh một lò xo độ cứng K = 2k = 50 N/m
l
0
=
05,0
50
10.25,0
==
K
mg
m = 5 (cm)
Khi vật ở vị trí thấp nhất, lực đàn hồi đạt cực đại
F
đhmax
=

K (A + l
0
) = 50(0,05 + 0,05) = 5 (N)
Bài 5: Một vật có khối lợng m = 100g chiều dài không đáng kể đợc nối
vào 2 giá chuyển động A, B qua 2 lò xo L
1
, L

dãn l
1
lò xo L
2
dãn l
2
Khi đó vật để L
1
dãn l = 2cm ;
L
2
khi nén k dãn thì l chính là độ biến
dạng tổng cộng của vật ở VTCB.
l = l
1
+ l
2
= 20 (cm) (1)
+ Tổng hợp lực bằng 0 :
00
02010201
=+=+++

FFFFNP
BA

01
F

02

+ x) + k
2
(l
2
- x) = mx''
- (k
1
+ k
2
) x = mx''
x'' =
2
21
.

=
+
x
m
kk
với 2 =
m
kk
21
+

Vậy x = Asin (t + ) (cm) vật DĐĐH
b) =

10

60l
1
+ 400l
2
= 0 l
2
= 12cm -> A = 12cm
t = 0 -> x
0
= Asin = A
v
0
= Acos = 0
Vậy PTDĐ của vật x = 12 sin (10t +
2

) (cm)
Chu kì dao động T =
2,0
10
22
==




(s)
Năng lợng
E =
72,0)012.(,100.

T
Vì vậy, tại t =
2

vật ở biên độ x = - A
Tại vị trí này lò xo l
1
bị nén 1 đoạn A - l
1
= 12 - 8 = 4 (cm)
Lò xo L
2
bị giãn một đoạn 2A = 24 (cm)
+ Lực tác dụng của lò xo L
1
và L
2
lên A, B lần lợt là

21
, FF
F
1
= 60.0,04 = 2,4 (N)
F
2
= 40.0,24 = 0,6 (N) (

21
, FF

+ mg = 0
T
0
= kl = mg = 0,1.10 = 1 T
0
= 1N
l = 0,05 (m) = 5 (cm)
* Hình b
a
b

P

0
F
+
x

0
T

0
T
O
Chọn chiều dơng hớng xuống, O là VTCB
Chiếu lên Ox -T
0
+ mg = 0
-kl + 2T
0

kl - mg = 0
Khi vật ở li độ x lò xo dãn l +
2
x
mg - T = F
2T - k(l +
2
x
) = 0
F = mg -
2
1
kl -
x
k
4
F =
x
k
4

Hay
x
k
4

= mx
''
x =
x

x
Giá trị lớn nhất của gia tốc (a
max
=
2
A)
Nếu m
1
rời khỏi m thì nó chuyển động với gia tốc trọng trờng g
Vậy điều kiện để m
1
không rời khỏi m
a
max
< g
2
A < g A<
2
g

+ =
m
k

2
=
125
4,0
50
=

2
cm.
m
1
m
M
k
o
v
m
0
Lời giải
1 - Tính vận tốc TB
Một dđđh có thể coi là hình chiếu
của chuyển động tròn đều của 1 chất
điểm nh hình vẽ. Khoảng thời gian vật đi
từ x = 4 đến x = 2 (cm) bằng khoảng thời
gian vật chuyển động tròn đều theo cung
M
1
M
2
t =



3
=
a
với =

+ Ngay sau va chạm, hệ (M + m
0
) có vận tốc v
ĐLBT động lợng: (M + m
0
) v = m
0
.v
o
(1)
+ Sau v/c hệ dđđh với biên độ A' = 4
2
cm và tần số góc

'
=
05,02,0
50
0
+
=
+ mM
k
= 10
2
(Rad/s)
Lại có v =
2
0
2''

2



10cm tiết diện s = 50cm
2
đợc treo vào một lò xo có độ cứng k = 150N/m. Khi
cân bằng một một nửa vật bị nhúng chìm trong chất lỏng có khối lợng riêng
D = 10
3
(kg/m
3
) Kéo vật khỏi VTCB theo phơng thẳng đứng xuống dới 1 đoạn
4cm rồi thả nhẹ cho vật dao động, bỏ qua mọi ma sát và lực cản.
1. XĐ độ biến dạng của lò xo khi vật cân bằng.
2. CM vật dđđh, tính T
3. Tính cơ năng E
Lời giải
1) Độ biến dạng của lò xo tại VTCB
+ Chọn trục ox nh hình vẽ
ở VTCB phần vật bị nhúng chìm
trong chất lỏng có chiều cao h
0
, lò xo bị
dãn 1 đoạn l
0

Phơng trình lực : mg- F
0A
- kl

= 4(cm) <
2
h
luôn có
A
F
tác dụng vào vật khi nó dao động
dhA
FFPF
++=
A0
F
dh0
F
0
+x
P

F
= mg - S(h
0
+ x) Dg - k(l
0
+ x)
= mg - Sh
0
Dg- kl
0
- SDgx - kx
F = - (SDg + k)x

= 0,28 (s)
3. Cơ năng E
Coi vật dao động vật đợc gắn vào lò xo có độ cứng k
'
= SDg+ K = 200 N/m
Biên độ dao động A = 0,04 (cm)
Cơ năng: E =
16,0)04,0.(200.
2
1
2
1
22'
==Ak
(J)
Bài 10: Gắn một vật có khối lợng m = 200g vào 1 lò xo có độ cứng k =
80 N/m. Một đầu của lò xo đợc chuyển động kéo m khỏi VTCB 10cm dọc
theo trục lò xo rồi thả nhẹ cho vật dao động. Biết hệ số ma sát giữa m và mặt
phẳng nang là M = 0,1 (g = 10m/s
2
).
1. Tìm chiều dài quãng đờng mà vật đi đợc cho tới lúc dùng.
2. CMR độ giảm biên độ dao động sau mỗi chu kì là không đổi.
3. Tính thời gain dao động của vật.
Lời giải
1 - Chiều dài quãng đờng đo đợc khi có ma sát, vật dao động tắt dần cho
đến lúc dừng lại ở đây cơ năng E =
== SFKA
ms
.

+ A
2
2
1
KA
2
1
-
2
1
KA
2
2
= àmg (A
1
+ A
2
) A
1
- A
2
=
k
mg.2
à
Sau 1/2 chu kì nữa vật đến vị trí biên có biên độ lớn A
3
thì A
2
- A

2
(l
1
>l
2
) và có chu kì dao động tơng ứng là
T
1
; T
2
, tại nơi có gia tốc trọng trờng g = 9,8m/s
2
. Biết rằng, cũng tại nơi đó,
con lắc có chiều dài l
1
+ l
2
, chu kì dao động 1,8s và con lắc đơn có chiều dài
l
1
- l
2
có chu kì dao động 0,9 (s). Tính T
1
, T
2
, l
1
, l
2

.2
2

l
1
=
g.
4
T
2
2
2

(2)
+ Con lắc chiều dài l
1
+ l
2
có chu kì T
3
= 2.
g
ll
21
+
l
1
+ l
2
=

2025,0
4
10.)9,0(
4
g.)T(
2
2
2
2'
=

=

(m) = 20,25 cm (4)
Từ (3) (4) l
1
= 0,51 (m) = 51cm
l
2
= 0,3 (m) = 3cm
Thay vào (1) (2) T
1
= 2
42,1
10
51,0
=
(s)
T
2

0
= mgh +
2
1
(mv
2
)
v
2
= 2g (h
0
- h)
2
(v
2
= 2gl (1 - cos)
với h
0
= l(1 - cos)
h = l(1 - cos)
v
2
= 2gl (cos - cos
0
)
Vậy độ lớn vt : | v | =
)cos(cosgl2
0

Vì cos = 1- 2sin


= 0, vật ở VTCB 0
| v
max
| =
gl
0

+ áp dụng số:
| v
max
|= 6.
33,01.10.
180
=

(m/s) = 33cm/s
2 - Biểu thức lực căng dây ứng với li góc
+ Định luật 2 N
maTPF =+=
Chiều lên phơng dây treo
F
th
= -mg.cos +T = m
aht
T = mgcos + m.
l
v
2
= m (gcos +

T
max
= 0,1 - 10
01,11
90
1
1
150
6
2
=+=








+







(N)
+ Lực căng dây cực tiểu khi =
0









(N)
Bài 13:
Một con lắc đơn gồm sợi sây có chiều dài l treo vật nặng có khối lợng
m. Khi con lắc đơn đang ở VTCB, ngời ta truyền cho vật nặng vận tốc ban
đầu v
0
lực cản coi dao động của con lắc là dao động nhỏ. Lập bt tính vận tốc
của vật nặng và lực căng của dây treo theo li độ góc .
Xét trờng hợp để vận tốc và lực căng đạt cực đại và cực tiểu.
Lời giải
* Vận tốc tơng ứng với li góc
+ Định luật lt cơ năng: cơ năng của con lắc VT li giác
Bằng động năng của con lắc ở VTCB
2
0
2
mv
2
1
mghmv
2
1

I

h
l
T
l
0
v
P
l
+ VËn tèc cùc ®¹i khi α = 0 → | v
max
| = v
0
, vËt ë VTCB
Thay sè | v
max
| = 1m/s
+ VËn tèc cùc tiÓu khi α = α
0
v
0
= α
0

gk
→ v
min
= 0
* Lùc c¨ng d©y

+ Khi α nhá: cosα = 1 -2sin
2
2
α

= 1 -
2
2
α
T = mg
)
2
3
1
gl
v
(
2
2
0
α−+
+ Lùc c¨ng d©y cùc ®¹i khi α = 0, con l¾c ë VTCB
T
max
= mg +
l
mv
2
0
+ Lùc c¨ng d©y cùc tiÓu khi α = α

(
2
0
2
0
2
0
−=−+
áp dụng
T
max
= 0,1.10 +
)N(1,1
1
1.1,0
2
=
T
min
= 0,1 . 10
)
1.10.2
1
1(
2

= 0,95 (N)
Bài 14:
Một đồng hồ qủa lắc chạy đúng giờ ở Hà Nội. Đồng hồ sẽ chạy nhanh
chậm thế nào khi đa nó vào TPHCM. Biết gia tốc rơi tự do ở Hà Nội và

g
g
T
T
2
1
2
1
==
T
2
= 1,0003T
1
= 2,0006 (s)
+ Vì T
2
>T=1 nên tại TPHCM đồng hồ chạy chậm trong 1 ngày, khoảng thời
gian chạy chậm là:
t = 24.60.60.
26
T
TT
1
21
=

(s)
+ Để đồng hồ tại TPHCM cũng chỉ đúng giờ thì chiều dài con lắc phải dài là:
T
'

Thay số:
l
'
= 1,0006 l
Tại TPHCM đề đồng hồ chỉ đúng giờ, cần tăng chiều dài dây lên một lợng là
l = l
'
- l = 0,0006l
VT l =
2
2
11
4
T.g

nên l = 0,0006.
2
2
11
4
T.g

Thay số
l = 0,0006.
0006,0
4
4x7926,9
2
=


= 2 (s)
2 - Cho con lắc tích điện dao động trong đtrờng đều
+ Các lực tác dụng vào con lắc:
gmP =
: Trọng lực
T: lực căng của dây
EqF
d
=
: lực điện trờng
+ Coi con lắc dao động trong trờng trọng lực hiệu dụng g
'
d
'
EPP +=
= m
'
g
Khi CB dây treo con lắc có phơng của
'
P
và chu kì dao động nhỏ đợc tính
theo công thức:
T
'
= 2
'
g
1
.

g
1
2
g
1
.
'
+
=
Thay số
T
'
= 2.3,14.
1,0
10.10.5,2
8,9
1
34
+
= 1,8 (s)






VTCB
b) Trờng hợp E nằm ngang
+)
d

T
'
= 2
'
g
l

Từ hình vẽ:
P
'
=
g
cos
g
g
cos
P
'
>

=

Do đó: T

= 2
=

cosT
g
cosl

d
F
'
P
P
Lời giải
a) Giải thích hiện tợng:
Trong HQC gắn với xe (HQC không quán tính), vật nặng của con lắc đơn
phải chịu 3 lực tác dụng.
+ Trọng lực
gmP =
+ Lực căng dây T
+ Lực quán tính
0
amF =
Khi con lắc ở VTCB
0FTP
q
=++
q
F
ngợc chiều với
0
a
nên ngợc chiều với
0
v
Vậy lực
q
F

gmFPP =+=
(Coi con lắc dao động trong trờng gia tốc ghd = g
'
)
Từ hình vẽ P
'
=
g
cos
g
g
cos
mg
cos
P
'
>

=

=

Chu kì dao động của con lắc khi đó xác định theo công thức
+

F
'
P
P
0

0
= 6
0
rồi thả nhẹ cho
dao động. Khi dao động con lắc chịu tác dụng của lực cản có độ lớn coi nh
không đổi sau 100 dao động, li độ cực đại của con lắc là = 3
0
coi chu kỳ dao
động của con lắc nh khi không có lực cản.
1. CMR sau mỗi chu kì, li độ góc cực đại của dao động giảm 1 lợng
không đổi.
2. Để duy trì dao động của con lắc cần phải dùng một động cơ nhỏ có ma
sát tối thiểu là len. (g = 10m/s
2
,
2
= 10).
Lời giải
1. Chứng minh li giác cực đại sau mỗi chu kì giảm 1 lợng không đổi
+ Lúc đầu, li giác cực đại là
0
, cơ năng của con lắc là:
E
0
= mgh
0
= mgl(1 - cos)
1 - cos = sin
2
2