Trong chương trình Vật lý THPT, dao động điều hòa là một chủ đề quan trọng và thường xuyên xuất hiện trong các bài kiểm tra và kỳ thi. Việc nắm vững lý thuyết và các tính chất của dao động điều hòa là điều cần thiết. Tuy nhiên, đôi khi những phát biểu tưởng chừng như đúng lại ẩn chứa những sai lầm mà học sinh dễ mắc phải. Bài viết này sẽ tập trung vào việc chỉ ra những phát biểu sai thường gặp khi nói về dao động điều hòa.
Để hiểu rõ hơn, chúng ta cần nắm vững các khái niệm cơ bản về dao động điều hòa:
- Dao động điều hòa: Là dao động trong đó li độ của vật là một hàm sin (hoặc cosin) theo thời gian.
- Biên độ (A): Là độ lệch lớn nhất của vật so với vị trí cân bằng.
- Tần số góc (ω): Là đại lượng đặc trưng cho tốc độ dao động, liên hệ với chu kỳ T và tần số f theo công thức: ω = 2π/T = 2πf.
- Pha ban đầu (φ): Xác định trạng thái dao động của vật tại thời điểm ban đầu (t = 0).
- Vận tốc (v): Là đạo hàm của li độ theo thời gian.
- Gia tốc (a): Là đạo hàm của vận tốc theo thời gian, hoặc đạo hàm bậc hai của li độ theo thời gian. Gia tốc luôn hướng về vị trí cân bằng.
Một phát biểu sai thường gặp liên quan đến mối quan hệ giữa vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa. Nhiều người cho rằng vận tốc và gia tốc luôn cùng pha hoặc ngược pha. Tuy nhiên, điều này không đúng. Vận tốc và gia tốc vuông pha với nhau.
Một ví dụ cụ thể, phát biểu “Vecto vận tốc và gia tốc cùng chiều khi vật chuyển động từ vị trí biên âm đến vị trí cân bằng, ngược chiều khi vật chuyển động từ vị trí cân bằng ra vị trí biên dương” là một phát biểu sai.
Trong quá trình dao động điều hòa, vật sẽ thay đổi vận tốc và gia tốc liên tục. Khi vật chuyển động từ biên âm về vị trí cân bằng, vận tốc có giá trị dương (chiều dương đã chọn) và gia tốc cũng có giá trị dương (hướng về vị trí cân bằng). Khi vật chuyển động từ vị trí cân bằng ra biên dương, vận tốc có giá trị dương (vật vẫn đang tiếp tục chuyển động theo chiều dương) nhưng gia tốc có giá trị âm (hướng về vị trí cân bằng, ngược chiều chuyển động).
Tóm lại, để tránh những sai lầm khi nói về dao động điều hòa, cần nắm vững các định nghĩa, công thức, và mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho dao động. Đặc biệt, cần hiểu rõ sự thay đổi của vận tốc và gia tốc trong suốt quá trình dao động, cũng như mối liên hệ về pha giữa chúng. Việc luyện tập giải các bài tập trắc nghiệm và tự luận sẽ giúp củng cố kiến thức và tránh được những “bẫy” thường gặp trong các câu hỏi lý thuyết.
