Hình 3.1. Dao dộng của con lắc đơn

· Chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng của quả cầu. Cơ năng của con lắc đơn là tổng động năng và thế năng: 

$$\({\rm{W}} = {{\rm{W}}_d} + {{\rm{W}}_t} = \frac{1}{2}m{v^2} + mgh\)$$

 

Trong đó: h là độ cao của quả cầu so với vị trí cân bằng.

· Trong quá trình dao động, tốc độ và độ cao của quả cầu thay đổi liên tục theo thời gian, do đó động năng và thế năng của con lắc đơn cũng thay đổi liên tục.

– Ở vị trí biên, vật có li độ cực đại nên thế năng cực đại, động năng bằng 0.

– Khi vật di chuyển từ biên về VTCB thì thế năng giảm dần, động năng tăng dần.

– Ở vị trí cân bằng, vật có tốc độ cực đại nên động năng cực đại, thế năng bằng 0.

– Khi vật di chuyển từ VTCB ra biên thì động năng giảm dần, thế năng tăng dần.

· Nếu như lực cản môi trường không đáng kể, thì không có sự hao phí năng lượng, động năng giảm đi bao nhiêu thì thế năng tăng lên bấy nhiêu và ngược lại. Do đó, cơ năng luôn không đổi.

Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi động năng, thể năng và cơ năng dao động của con lắc đơn theo li độ

– Động năng đạt cực đại khi vật qua vị trí cân bằng x = 0

– Thế năng đạt cực đại khi vật ở hai vị trí biên

– Ở bất kì vị trí nào, tổng của động năng và thế năng không đổi, tức là cơ năng không đổi.

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi động năng, thể năng và cơ năng dao động của con lắc đơn theo thời gian

– Trong mỗi chu kì dao động, luôn có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng: khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại nhưng tổng của chúng luôn không đổi.

• Trong dao động điều hoà có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng nhưng tổng của chúng là cơ năng thì không thay đổi. • Động năng của vật đạt giá trị cực đại khi vật ở vị trí cân bằng, lúc đó thế năng của hệ bằng không. • Thế năng đạt giá trị cực đại khi vật ở vị trí biên, lúc đó động năng của vật bằng không.