Vật dao động điều hòa là một trong những chủ đề quan trọng trong chương trình Vật lý phổ thông. Hiểu rõ các đặc điểm và tính chất của dao động điều hòa giúp học sinh giải quyết các bài tập liên quan một cách dễ dàng và chính xác. Bài viết này sẽ tập trung vào các phát biểu đúng về vật dao động điều hòa theo trục Ox.
Một câu hỏi thường gặp về dao động điều hòa là: “Vật dao động điều hòa theo trục Ox. Phát biểu nào sau đây là đúng?”
Đáp án chính xác: Vật dao động trên trục Ox thì quỹ đạo có dạng đường thẳng.
Để hiểu rõ hơn về đáp án này, chúng ta sẽ phân tích từng lựa chọn:
- A – sai vì li độ biến thiên tuần hoàn theo thời gian, chứ không phải là không đổi. Li độ của vật dao động điều hòa thay đổi liên tục giữa biên độ dương và biên độ âm.
- B – sai vì lực kéo về thay đổi theo vị trí của vật. Lực kéo về tỉ lệ với li độ và hướng về vị trí cân bằng.
- C – đúng vì vật dao động trên trục Ox thì quỹ đạo có dạng đường thẳng. Dao động điều hòa là một dạng dao động có quỹ đạo là một đoạn thẳng hoặc một đường thẳng.
- D – sai vì các tính chất khác của dao động điều hòa không được đề cập đến trong các lựa chọn trên.
Vậy, điều gì làm cho phát biểu C trở nên đúng?
Dao động điều hòa là một loại chuyển động tuần hoàn mà trong đó vật di chuyển qua lại quanh một vị trí cân bằng theo một quy luật hình sin hoặc cosin. Khi vật dao động điều hòa trên trục Ox, nghĩa là nó chỉ di chuyển dọc theo một đường thẳng duy nhất. Do đó, quỹ đạo của nó chắc chắn là một đoạn thẳng nằm trên trục Ox.
Các đặc điểm quan trọng khác của vật dao động điều hòa trên trục Ox cần lưu ý:
- Li độ (x): Khoảng cách từ vật đến vị trí cân bằng. Li độ biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
- Biên độ (A): Giá trị li độ cực đại của vật.
- Tần số góc (ω): Đại lượng đặc trưng cho tốc độ dao động.
- Vận tốc (v): Tốc độ thay đổi li độ theo thời gian. Vận tốc đạt giá trị cực đại khi vật ở vị trí cân bằng và bằng không khi vật ở biên.
- Gia tốc (a): Tốc độ thay đổi vận tốc theo thời gian. Gia tốc tỉ lệ với li độ và luôn hướng về vị trí cân bằng. Gia tốc đạt giá trị cực đại khi vật ở biên và bằng không khi vật ở vị trí cân bằng.
- Lực kéo về (F): Lực tác dụng lên vật và kéo vật về vị trí cân bằng. Lực kéo về tỉ lệ với li độ và luôn hướng về vị trí cân bằng.
Hiểu rõ các khái niệm và mối quan hệ giữa các đại lượng trong dao động điều hòa là chìa khóa để giải quyết các bài tập và nắm vững kiến thức về chủ đề này. Ví dụ, một bài tập thường gặp là:
Bài tập: Một vật dao động điều hòa trên trục Ox có phương trình x = 5cos(πt + π/2) cm. Xác định biên độ, tần số góc, pha ban đầu và li độ của vật tại thời điểm t = 1s.
Lời giải:
- Biên độ: A = 5 cm
- Tần số góc: ω = π rad/s
- Pha ban đầu: φ = π/2 rad
- Li độ tại t = 1s: x = 5cos(π(1) + π/2) = 5cos(3π/2) = 0 cm
Nắm vững kiến thức về dao động điều hòa không chỉ giúp bạn đạt điểm cao trong các kỳ thi mà còn giúp bạn hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý xảy ra xung quanh chúng ta.
