CĐ dao động cơ học_LTĐH

Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 1
I. DAO ĐỘNG CƠ
A. LÝ THUYẾT.
1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
* Dao động cơ, dao động tuần hoàn
+ Dao động cơ là chuyển động qua lại của vật quanh vị trí cân bằng.
+ Dao động tuần hoàn là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau,
gọi là chu kì, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ.
* Dao động điều hòa
+ Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay
sin) của thời gian.
+ Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ).
+ Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể được coi là
hình chiếu của một điểm M chuyển động tròn đều trên đường tròn có đường
kính là đoạn thẳng đó.
* Các đại lượng đặc trưng của dao động điều hoà
Trong phương trình x = Acos(ωt + ϕ) thì:
+ A là biên độ dao động, đó là giá trị cực đại của li độ x; đơn vị m, cm. A luôn
luôn dương.
+ (ωt + ϕ) là pha của dao động tại thời điểm t; đơn vị rad.
+ ϕ là pha ban đầu của dao động; đơn vị rad.
+ ω trong phương trình x = Acos(ωt + ϕ) là tần số góc của dao động điều hòa;
đơn vị rad/s.
+ Chu kì (kí hiệu T) của dao động điều hòa là khoảng thời gian để thực hiện một
dao động toàn phần; đơn vị giây (s).
+ Tần số (kí hiệu f) của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện
được trong một giây; đơn vị héc (Hz).
+ Liên hệ giữa ω, T và f: ω =
T
π
2

= 2πf.
* Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hoà
+ Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian:
v = x' = - ωAsin(ωt + ϕ) = ωAsin(-ωt - ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ +
2
π
)
Vận tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng
sớm pha hơn
2
π
so với với li độ.
Vị trí biên (x = ± A), v = 0. Vị trí cân bằng (x = 0), |v| = v
max
= ωA.
Hệ thức giữa A, x, v và ω (công thức độc lập): A
2
= x
2
+
2
2
ω
v
.
+ Gia tốc là đạo hàm bậc nhất của vận tốc (đạo hàm bậc 2 của li độ) theo thời
gian: a = v' = x’’ = - ω
2
Acos(ωt + ϕ) = - ω
2

x.
Gia tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng
ngược pha với li độ (sớm pha
2
π
so với vận tốc).
Véc tơ gia tốc của vật dao động điều hòa luôn hướng về vị trí cân bằng và có
độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.
- Ở vị trí biên (x = ± A), gia tốc có độ lớn cực đại : a
max
= ω
2
A.
- Ở vị trí cân bằng (x = 0), gia tốc bằng 0.
+ Lực tác dụng lên vật dao động điều hòa F = ma = -mω
2
x = - kx luôn hướng về
vị trí cân bằng, gọi là lực kéo về.
+ Đồ thị dao động điều hòa (li độ, vận tốc, gia tốc) là đường hình sin.
+ Phương trình dao động điều hòa x = Acos(ωt + ϕ) là nghiệm của phương trình
x’’ + ω
2
x = 0. Đó là phương trình động lực học của dao động điều hòa.
2. CON LẮC LÒ XO.
* Con lắc lò xo
+ Con lắc lò xo gồm một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, một
đầu gắn cố định, đầu kia gắn với vật nặng khối lượng m được đặt theo phương
ngang hoặc treo thẳng đứng.
+ Con lắc lò xo là một hệ dao động điều hòa.
+ Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ); với: ω =

m
k
;
A =
2
0
2
0






+
ω
v
x
; ϕ xác định theo phương trình cosϕ =
A
x
0
; (lấy nghiệm (-)
nếu v
0
> 0; lấy nghiệm (+) nếu v
0
< 0).
+ Chu kì dao động của con lắc lò xo: T = 2π
k

m
.
* Năng lượng của con lắc lò xo
+ Động năng : W
đ
=
2
1
mv
2
=
2
1
mω
2
A
2
sin
2
(ωt+ϕ).
+ Thế năng: W
t
=
2
1
kx
2
=
2
1

k A
2
cos
2
(ωt + ϕ)
Động năng và thế năng của vật dao động điều hòa biến thiên tuần hoàn với
tần số góc ω’ = 2ω, tần số f’ = 2f và chu kì T’ =
2
T
.
Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 2
+ Cơ năng: W = W
t
+ W
đ
=
2
1
k A
2
=
2
1
mω
2
A
2
= hằng số.
Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động.
Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát.

3. CON LẮC ĐƠN
* Con lắc đơn
+ Con lắc đơn gồm một vật nặng treo vào sợi dây không giãn, vật nặng kích
thước không đáng kể so với chiều dài sợi dây, sợi dây khối lượng không đáng
kể so với khối lượng của vật nặng.
+ Khi dao động nhỏ (sinα ≈ α (rad)), con lắc đơn dao động điều hòa với phương
trình:
s = S
o
cos(ωt + ϕ) hoặc α = α
o
cos(ωt + ϕ); với α =
l
s
; α
o
=
l
S
o
+ Chu kỳ, tần số, tần số góc: T = 2π
g
l
; f =
π
2
1
l
g
; ω =

l
g
.
+ Lực kéo về khi biên độ góc nhỏ: F = -
s
l
mg
.
+ Xác định gia tốc rơi tự do nhờ con lắc đơn : g =
2
2
4
T
l
π
.
+ Chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc độ cao, vĩ độ địa lí và nhiệt độ
môi trường.
* Năng lượng của con lắc đơn
+ Động năng : W
đ
=
2
1
mv
2
.
+ Thế năng: W
t
= mgl(1 - cosα) =

2
1
mglα
2
(α ≤ 10
0
, α (rad)).
+ Cơ năng: W = W
t
+ W
đ
= mgl(1 - cosα
0
) =
2
1
mglα
2
0
.
Cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn nếu bỏ qua ma sát.
* Con lắc đơn chịu tác dụng thêm lực khác ngoài trọng lực
+ Trọng lực biểu kiến:
→
'P
=
→
P
+
→

F
+ Gia tốc rơi tự do biểu kiến:
→
'g
=
→
g
+
m
F
→
. Khi đó: T’ = 2π
'g
l
.
+ Các trường hợp đặc biệt:
→
F
có phương ngang thì g’ =
22
)(
m
F
g +
. Khi đó vị trí cân bằng mới lệch
với phương thằng đứng góc α với: tanα =
P
F
.
→

F
có phương thẳng đứng hướng lên thì g’ = g -
m
F
.
→
F
có phương thẳng đứng hướng xuống thì g’ = g +
m
F
.
4. DAO ĐỘNG TẮT DẦN, DAO ĐỘNG CƯỞNG BỨC
* Dao động tắt dần
+ Khi không có ma sát, con lắc dao động điều hòa với tần số riêng. Tần số riêng
của con lắc chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của con lắc.
+ Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần. Nguyên
nhân làm tắt dần dao động là do lực ma sát và lực cản của môi trường làm tiêu
hao cơ năng của con lắc, chuyển hóa dần cơ năng thành nhiệt năng. Vì thế biên
độ của con lắc giảm dần và cuối cùng con lắc dừng lại.
+ Ứng dụng: các thiết bị đóng cửa tự động, các bộ phận giảm xóc của ô tô, xe
máy, … là những ứng dụng của dao động tắt dần.
* Dao động duy trì
Nếu ta cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động có ma sát để bù lại sự tiêu
hao vì ma sát mà không làm thay đổi chu kì riêng của nó thì dao động sẽ kéo dài
mãi và được gọi là dao động duy trì.
* Dao động cưởng bức
+ Dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưởng bức tuần hoàn gọi là dao
động cưởng bức.
+ Dao động cưởng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực
cưởng bức.

+ Biên độ của dao động cưởng bức phụ thuộc vào biên độ của lực cưởng bức,
vào lực cản trong hệ và vào sự chênh lệch giữa tần số cưởng bức f và tần số
riêng f
o
của hệ. Biên độ của lực cưởng bức càng lớn, lực cản càng nhỏ và sự
chênh lệch giữa f và f
o
càng ít thì biên độ của dao động cưởng bức càng lớn.
* Cộng hưởng
+ Hiện tượng biên độ của dao động cưởng bức tăng dần lên đến giá trị cực đại
khi tần số f của lực cưởng bức tiến đến bằng tần số riêng f
o
của hệ dao động gọi
là hiện tượng cộng hưởng.
+ Điều kiện f = f
0
gọi là điều kiện cộng hưởng.
Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 3
+ Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ vào tần số cưởng bức gọi là
đồ thị cộng hưởng. Nó càng nhọn khi lực cản của môi trường càng nhỏ.
+ Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng:
Tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe, ... đều là những hệ dao động và có tần số
riêng. Phải cẩn thận không để cho chúng chịu tác dụng của các lực cưởng bức
mạnh, có tần số bằng tần số riêng để tránh sự cộng hưởng, gây dao động mạnh
làm gãy, đổ.
Hộp đàn của đàn ghi ta, viôlon, ... là những hộp cộng hưởng với nhiều tần số
khác nhau của dây đàn làm cho tiếng đàn nghe to, rỏ.
5. TỔNG HỢP CÁC DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
+ Mỗi dao động điều hòa được biểu diễn bằng một véc tơ quay. Véc tơ này có
góc tại góc tọa độ của trục Ox, có độ dài bằng biên độ dao động A, hợp với trục

Ox một góc ban đầu ϕ và quay đều quanh O với tốc độ góc ω.
+ Phương pháp giãn đồ Fre-nen dùng để tổng hợp hai dao động điều hòa cùng
phương, cùng tần số: Lần lượt vẽ hai véc tơ quay
→
1
A
và
→
2
A
biểu diễn hai phương trình dao động thành phần. Sau
đó vẽ véc tơ tổng hợp của hai véc tơ trên. Véc tơ tổng
→
A
=
→
1
A
+
→
2
A
là véc tơ quay biểu diễn phương trình của dao
động tổng hợp.
+ Nếu một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần
số với các phương trình: x
1
= A
1
cos(ωt + ϕ

1
) và x
2
= A
2
cos(ωt + ϕ
2
)
Thì dao động tổng hợp sẽ là: x = x
1
+ x
2
= Acos(ωt + ϕ) với A và ϕ được xác
định bởi:
A
2
= A
1
2
+ A
2
2
+ 2 A
1
A
2
cos (ϕ
2
- ϕ
1

) và tanϕ =
2211
2211
coscos
sinsin
ϕϕ
ϕϕ
AA
AA
+
+
.
Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp phụ thuộc vào biên độ và pha
ban đầu của các dao động thành phần.
+ Khi hai dao động thành phần cùng pha (ϕ
2
- ϕ
1
= 2kπ) thì dao động tổng hợp
có biên độ cực đại: A = A
1
+ A
2
.
+ Khi hai dao động thành phần ngược pha (ϕ
2
- ϕ
1
) = (2k + 1)π) thì dao động
tổng hợp có biên độ cực tiểu: A = |A

1
- A
2
| .
+ Trường hợp tổng quát: A
1
+ A
2
≥ A ≥ |A
1
- A
2
|.
B. CÁC CÔNG THỨC.
* Dao động điều hòa
Li độ (phương trình dao động): x = Acos(ωt + ϕ).
Vận tốc: v = x’ = - ωAsin(ωt + ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ +
2
π
); v
max
= ωA.
Vận tốc sớm pha
2
π
so với li độ.
Gia tốc: a = v’ = - ω
2
Acos(ωt + ϕ) = - ω
2

x; a
max
= ω
2
A.
Gia tốc a ngược pha với li độ (sớm pha
2
π
so với vận tốc).
Liên hệ tần số góc, chu kì và tần số: ω =
T
π
2
= 2πf.
Công thức độc lập: A
2
= x
2
+
2






ω
v
.
Ở vị trí cân bằng: x = 0 thì |v| = v

max
= ωA và a = 0.
Ở vị trí biên: x = ± A thì v = 0 và |a| = a
max
= ω
2
A.
Trong một chu kỳ vật dao động điều hoà đi được quãng đường 4A. Trong nữa
chu kì vật đi được quãng đường 2A. Trong một phần tư chu kì tính từ vị trí biên
hay vị trí cân bằng thì vật đi được quãng đường A, còn từ các vị trí khác thì vật
đi được quãng đường khác A.
Trong một phần tư chu kì vật đi được quãng đường dài nhất là
2
A, quãng
đường ngắn nhất là (2 -
2
)A.
Quãng đường lớn nhất và nhỏ nhất vật đi được trong khoảng thời gian 0 < ∆t
<
2
T
: vật có vận tốc lớn nhất khi đi qua vị trí cân bằng và nhỏ nhất khi đi qua vị
trí biên nên trong cùng một khoảng thời gian quãng đường đi càng lớn khi vật
càng ở gần vị trí cân bằng và càng nhỏ khi càng gần vị trí biên. Sử dụng mối
liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều ta có:
∆ϕ = ω∆t; S
max
= 2Asin
2
ϕ

∆
; S
min
= 2A(1 - cos
2
ϕ
∆
).
Để tính vận tốc trung bình của vật dao động điều hòa trong một khoảng thời
gian ∆t nào đó ta xác định góc quay được trong thời gian này trên đường tròn từ
đó tính quãng đường ∆s đi được trong thời gian đó và tính vận tốc trung bình
theo công thức: v
tb
=
t
s
∆
∆
.
Quỹ đạo của vật dao động điều hoà có chiều dài là 2A.
Dao động điều hòa có phương trình đặc biệt:
Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 4
Dạng: x = a ± Acos(ωt + ϕ) thì cũng giống dạng x = Acos(ωt + ϕ), chỉ khác ở
chổ tọa độ vị trí cân bằng là x = a, tọa độ vị trí biên là x = a ± A. Dạng: x = a ±
A
2
cos(ωt + ϕ). Hạ bậc ta có biên độ: A’ =
2
A
; tần số góc: ω’ = 2ω.

Phương trình động lực học của dao động điều hòa: x’’ +
m
k
x = 0.
* Con lắc lò xo
Phương trình dao động của con lắc lò xo: x = Acos(ωt + ϕ).
Trong đó: ω =
m
k
; A =
2
0
2
0






+
ω
v
x
; cosϕ =
A
x
0
; (lấy nghiệm "-" khi v
0

>
0; lấy nghiệm "+" khi v
0
< 0); với x
0
và v
0
là li độ và vận tốc tại thời điểm ban
đầu t = 0.
Thế năng: W
t
=
2
1
kx
2
=
2
1
kA
2
cos
2
(ω + ϕ).
Động năng: W
đ
=
2
1
mv

2
=
2
1
mω
2
A
2
sin
2
(ω +ϕ) =
2
1
kA
2
sin
2
(ω + ϕ).
Thế năng và động năng của con lắc lò xo biến thiên tuần hoàn với tần số góc ω’
= 2ω, với tần số f’ = 2f và với chu kì T’ =T/2.
Trong một chu kì có 4 lần động năng và thế năng của vật bằng nhau nên khoảng
thời gian liên tiếp giữa hai lần động năng và thế năng bằng nhau là T/4.
Cơ năng: W = W
t
+ W
đ
=
2
1
kx

2
+
2
1
mv
2
=
2
1
kA
2
=
2
1
mω
2
A
2
.
Lực đàn hồi của lò xo: F = k(l – l
o
) = k∆l.
Con lắc lò xo treo thẳng đứng: ∆l
o
=
k
mg
; ω =
o
l

g
∆
.
Chiều dài cực đại của lò xo: l
max
= l
0
+ ∆l
0
+ A.
Chiều dài cực tiểu của lò xo: l
min
= l
0
+ ∆l
0
– A.
Lực đàn hồi cực đại: F
max
= k(A + ∆l
0
). Lực đàn hồi cực tiểu: F
min
= 0 nếu A ≥
∆l
0
; F
min
= k(∆l
0

– A) nếu A < ∆l
0
.
Độ lớn của lực đàn hồi tại vị trí có li độ x:
F
đh
= k|∆l
0
+ x| với chiều dương hướng xuống.
F
đh
= k|∆l
0
- x| với chiều dương hướng lên.
Lực kéo về: F = - kx.
Lò xo ghép nối tiếp:
...
111
21
++=
kkk
; độ cứng giảm, tần số giảm.
Lò xo ghép song song: k = k
1
+ k
2
+ ... ; độ cứng tăng, tần số tăng.
* Con lắc đơn
Phương trình dao động: s = S
0

cos(ωt + ϕ) hay α = α
0
cos(ωt + ϕ); với s = α.l; S
0
= α
0
.l (α

và α
0
tính ra rad).
Tần số góc, chu kỳ và tần số: ω =
l
g
, T = 2π
g
l
và f =
l
g
π
2
1
.
Động năng: W
đ
=
2
1
mv

2
= mgl(cosα

- cosα
0
).
Thế năng: W
t
= mgl(1 - cosα). Cơ năng: W = mgl(1 - cosα
0
).
Nếu α
o
≤ 10
0
thì: W
t
=
2
1
mglα
2
; W
đ
=
2
1
mgl(
2
0

α
- α
2
);
W =
2
1
mgl
2
0
α
; với α

và α
o
tính ra rad.
Thế năng và động năng của con lắc đơn biến thiên tuần hoàn với tần số góc ω’ =
2ω, tần số f’ = 2f và với chu kì T’ = T/2.
Cơ năng: W = W
đ
+ W
t
= mgl(1 - cosα
o
) =
2
1
mgl
2
0

α
.
Vận tốc khi đi qua li độ góc α: v =
)cos(cos2
0
αα
−gl
.
Vận tốc khi đi qua vị trí cân bằng (α = 0): |v| = v
max
=
)cos1(2
0
α
−gl
.
Nếu α
0
≤ 10
0
thì: v =
)(
22
0
αα
−gl
; v
max
= α
0

gl
;
α, α
o
tính ra rad.
Sức căng của sợi dây khi đi qua li độ góc α:
T
α
= mgcosα +
l
mv
2
= mg(3cosα - 2cosα
0
).
T
VTCB
= T
max
= mg(3 - 2cosα
0
); T
biên
= T
min
= mgcosα
0
.
α
o

≤ 10
0
: T = 1 + α
2
0
-
2
3
α
2
; T
max
= mg(1 + α
2
0
); T
min
= mg(1 -
2
2
o
α
).
Con lắc đơn có chu kì T ở độ cao h, nhiệt độ t. Khi đưa tới độ cao h’, nhiệt độ t’
thì ta có:
2
t
R
h
T

T ∆
+
∆
=
∆
α
; với ∆T = T’ – T, R = 6400km là bán kính Trái Đất,
∆h = h’ – h, ∆t = t’ – t, α là hệ số nở dài của thanh treo con lắc.
Với đồng hồ đếm giây sử dụng con lắc đơn: khi ∆T > 0 thì đồng hồ chạy chậm,
khi ∆T < 0 thì đồng hồ chạy nhanh.
Thời gian chạy sai mỗi ngày đêm (24 giờ): ∆t =
'
86400.
T
T∆
.
Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 5
Con lắc đơn chịu thêm các lực khác ngoài trọng lực:
Trọng lực biểu kiến:
→
'P
=
→
P
+
→
F
Gia tốc rơi tự do biểu kiến :
→
'g

=
→
g
+
m
F
→
. Khi đó: T’ = 2π
'g
l
.
Thường gặp: Lực điện trường
→
F
= q
→
E
; lực quán tính:
→
F
= - m
→
a
.
Các trường hợp đặc biệt:
→
F
có phương ngang thì g’ =
22
)(

m
F
g +
.
→
F
có phương thẳng đứng hướng lên thì g’ = g -
m
F
.
→
F
có phương thẳng đứng hướng xuống thì g’ = g +
m
F
.
Chu kì của con lắc đơn treo trong thang máy:
Thang máy đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều: T = 2π
g
l
.
Thang máy đi lên nhanh dần đều hoặc đi xuống chậm dần đều với gia tốc có
độ lớn là a (
→
a
hướng lên): T = 2π
ag
l
+
.

Thang máy đi lên chậm dần đều hoặc đi xuống nhanh dần đều với gia tốc có
độ lớn là a (
→
a
hướng xuống): T = 2π
ag
l
−
.
* Dao động tắt dần, dao động cưởng bức, cộng hưởng
Con lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ ban đầu A, hệ số ma sát µ
Quảng đường vật đi được đến lúc dừng lại: S =
g
A
mg
kA
µ
ω
µ
22
222
=
.
Độ giảm biên độ sau mỗi chu kì: ∆A =
k
mg
µ
4
=
2

4
ω
µ
g
.
Số dao động thực hiện được: N =
mg
A
mg
Ak
A
A
µ
ω
µ
44
2
==
∆
.
Vận tốc cực đại của vật đạt được khi thả nhẹ cho vật dao động từ vị trí biên
ban đầu A: v
max
=
gA
k
gm
m
kA
µ

µ
2
222
−+
.
Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi f = f
0
hay ω = ω
0
hay T = T
0
.
* Tổng hợp các dao động điều hoà cùng phương cùng tần số
Nếu: x
1
= A
1
cos(ωt + ϕ
1
) và x
2
= A
2
cos(ωt + ϕ
2
) thì
x = x
1
+ x
2

= Acos(ωt + ϕ) với A và ϕ được xác định bởi:
A
2
= A
1
2
+ A
2
2
+ 2 A
1
A
2
cos (ϕ
2
- ϕ
1
); tanϕ =
2211
2211
coscos
sinsin
ϕϕ
ϕϕ
AA
AA
+
+
+ Hai dao động cùng pha (ϕ
2

- ϕ
1
= 2kπ): A = A
1
+ A
2
.
+ Hai dao động ngược pha (ϕ
2
- ϕ
1
)= (2k + 1)π): A = |A
1
- A
2
|.
+ Nếu độ lệch pha bất kỳ thì: |A
1
- A
2
| ≤ A ≤ A
1
+ A
2
.
Trường hợp biết một dao động thành phần x
1
= A
1
cos(ωt + ϕ

1
) và dao động tổng
hợp là x = Acos(ωt + ϕ) thì dao động thành phần còn lại là x
2
= A
2
cos(ωt + ϕ
2
)
với A
2
vàϕ
2
được xác định bởi:
A
2
2
= A
2
+ A
2
1
- 2 AA
1
cos (ϕ - ϕ
1
); tanϕ
2
=
11

11
coscos
sinsin
ϕϕ
ϕϕ
AA
AA
−
−
.
Trường hợp vật tham gia nhiều dao động điều hòa cùng phương cùng tần số thì
ta có: A
x
= Acosϕ = A
1
cosϕ
1
+ A
2
cosϕ
2
+ A
3
cosϕ
3
+ …
A
y
= Asinϕ = A
1

sinϕ
1
+ A
2
sinϕ
2
+ A
3
sinϕ
3
+ …
Khi đó biên độ và pha ban đầu của dao động hợp là:
A =
22
yx
AA +
và tanϕ =
x
y
A
A
C. BÀI TẬP TỰ LUẬN
1. Phương trình dao động của một vật là x = 6cos(4πt +
6
π
) (cm), với x tính
bằng cm, t tính bằng s.
a) Xác định biên độ, chu kì, tần số, tần số góc và pha ban đầu của dao động.
b) Xác định li độ, vận tốc và gia tốc của vật khi t = 0,25 s.
2. Một vật dao động điều hòa có vận tốc cực đại là 31,4 cm/s. Lấy

3,14
π
=
.
Tính tốc độ trung bình của vật trong một chu kì dao động.
3. Một vật nhỏ khối lượng 100 g dao động điều hòa trên một quỹ đạo thẳng dài
20 cm với tần số góc 6 rad/s. Tính vận tốc cực đại, gia tốc cực đại và cơ năng của
vật dao động.
4. Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T = 0,2 s, biên độ A = 4 cm.
Tính vận tốc trung bình của vật trong khoảng thời gian ngắn nhất khi đi từ vị trí
biên có li độ x = A đến vị trí có li độ x =
2
A
−
.
5. Một vật dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 40cm. Khi ở vị trí có li độ x = 10
cm vật có vận tốc 20π
3
cm/s.
Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 6
a) Viết phương trình dao động của vật, chọn gốc thời gian lúc vật đi qua vị
trí cân bằng theo chiều dương.
b) Tính vận tốc và gia tốc cực đại của vật.
6. Một chất điểm dao động điều hoà với chu kì T = 0,314 s và biên độ A = 8 cm.
Tính vận tốc của chất điểm khi nó đi qua vị trí cân bằng và đi qua vị trí có li độ
x = 5 cm.
7. Vật dao động điều hòa với biên độ A = 5 cm; tần số f = 2 Hz.
a) Viết phương trình dao động của vật, chọn gốc thời gian là lúc vật có li độ
cực đại.
b) Vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương vào những thời điểm nào?

8. Một chất điểm dao động theo phương trình x = 2,5cos10t (cm).
a) Vào thời điểm nào thì pha dao động đạt giá trị
3
π
? Lúc ấy li độ x bằng bao
nhiêu?
b) Tính vận tốc trung bình của dao động trong thời gian
8
1
chu kì kể từ lúc
vật có li độ x = 0 và kể từ lúc vật có li độ x = A.
9. Một chất điểm dao động với phương trình: x = 4cos(5πt +
2
π
) (cm). Tính
quãng đường mà chất điểm đi được sau thời gian t = 2,15 s kể từ lúc t = 0.
10. Một con lắc lò xo gồm một quả nặng khối lượng 100 g, lò xo có độ cứng
100 N/m, khối lượng không đáng kể treo thẳng đứng. Cho con lắc dao động với
biên độ 5 cm. Lấy g = 10 m/s
2
; π
2
= 10.
a) Tính chu kỳ, tần số và năng lượng dao động của con lắc.
b) Tính lực đàn hồi cực đại, lực đàn hồi cực tiểu của lò xo trong quá trình quả
nặng dao động.
11. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, đầu dưới có một vật m dao động với biên
độ 10 cm và tần số 1 Hz. Tính tỉ số giữa lực đàn hồi cực tiểu và lực đàn hồi cực
đại của lò xo trong quá trình dao động. Lấy g = 10 m/s
2

.
12. Một con lắc lò xo có biên độ dao đông 5 cm, có vận tốc cực đại 1m/s và có
cơ năng 1 J. Tính độ cứng của lò xo, khối lượng của vật nặng và tần số dao
động của con lắc.
13. Một con lắc lò xo có độ cứng k = 150 N/m và có năng lượng dao động là W
= 0,12 J. Khi con lắc có li độ là 2 cm thì vận tốc của nó là 1 m/s. Tính biên độ
và chu kỳ dao động của con lắc.
14. Một con lắc lò xo thẳng đứng gồm một vật có khối lượng 100 g và lò xo
khối lượng không đáng kể, có độ cứng 40 N/m. Kéo vật nặng theo phương
thẳng đứng xuống phía dưới cách vị trí cân bằng một đoạn 5 cm và thả nhẹ cho
vật dao động điều hoà. Chọn gốc O trùng với vị trí cân bằng; trục Ox có phương
thẳng đứng, chiều dương là chiều vật bắt đầu chuyển động; gốc thời gian là lúc
thả vật. Lấy g = 10 m/s
2
.
a) Viết phương trình dao động của vật.
b) Tính vận tốc cực đại và cơ năng dao động của con lắc.
15. Một con lắc lò xo có khối lượng m = 400 g và độ cứng k = 40 N/m. Kéo vật
nặng ra cách vị trí cân bằng 4 cm và thả tự do. Chọn chiều dương cùng chiều
với chiều kéo, gốc thời gian lúc thả vật.
a) Viết phương trình dao động của vật nặng.
b) Tính vận tốc cực đại và cơ năng của vật nặng.
16. Một con lắc lò xo có khối lượng m = 50 g, dao động điều hòa trên trục Ox
với chu kì T = 0,2 s và chiều dài quỹ đạo là L = 40 cm.
a) Tính độ cứng của lò xo và viết phương trình dao động của con lắc. Chọn
gốc thời gian lúc con lắc qua vị trí cân bằng theo chiều âm.
b) Xác định độ lớn và chiều của các véc tơ vận tốc, gia tốc và lực kéo về tại
thời điểm t = 0,75 T.
17. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm một vật nặng có khối lượng m gắn
vào lò xo có khối lượng không đáng kể, có độ cứng k = 100 N/m. Chọn trục toạ

độ thẳng đứng, gốc toạ độ tại vị trí cân bằng, chiều dương từ trên xuống. Kéo
vật nặng xuống về phía dưới, cách vị trí cân bằng 5
2
cm và truyền cho nó vận
tốc 20π
2
cm/s theo chiều từ trên xuống thì vật nặng dao động điều hoà với tần
số 2 Hz. Chọn gốc thời gian lúc vật bắt đầu dao động. Cho g = 10 m/s
2
, π
2
= 10
a) Tính khối lượng, viết phương trình dao động của vật nặng.
b) Tính vận tốc của vật lúc nó có li độ x = 5 cm và vận tốc cực đại của vật.
18. Một con lắc lò xo gồm một lò xo nhẹ có độ cứng k và một vật nhỏ có khối
lượng m = 100 g, được treo thẳng đứng vào một giá cố định. Tại vị trí cân bằng
O của vật, lò xo giãn 2,5 cm. Kéo vật dọc theo trục của lò xo xuống dưới cách O
một đoạn 2 cm rồi truyền cho nó vận tốc 40
3
cm/s theo phương thẳng đứng
hướng xuống dưới. Chọn trục toạ độ Ox theo phương thẳng đứng, gốc tại O,
chiều dương hướng lên trên; gốc thời gian là lúc vật bắt đầu dao động. Lấy g =
10 m/s
2
.
a) Tính độ cứng của lò xo, viết phương trình dao động, xác định vị trí và tính
vận tốc của vật lúc thế năng bằng
3
2
lần động năng.

b) Tính thế năng, động năng và vận tốc của vật tại vị trí có x = 3 cm.
19. Một con lắc lò xo với vật nhỏ có khối lượng 50 g. Con lắc dao động điều
hòa theo phương ngang với phương trình x = Acosωt. Cứ sau những khoảng
thời gian 0,05 s thì động năng và thế năng của vật lại bằng nhau. Lấy π
2
=10.
Tính độ cứng của lò xo.
Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 7
20. Một con lắc lò xo gồm lò xo nhẹ gắn với vật nặng dao động điều hòa theo
phương ngang với tần số góc 10 rad/s. Biết rằng khi động năng và thế năng
(mốc ở vị trí cân bằng của vật) bằng nhau thì vận tốc của vật có độ lớn bằng 0,6
m/s. Tính biên độ dao động của con lắc.
21. Một con lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì T và biên độ 5 cm. Biết
trong một chu kì, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không
vượt quá 100 cm/s
2
là
3
T
. Lấy π
2
= 10. Xác định tần số dao động của vật.
22. Một con lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì T và biên độ 4 cm. Biết
trong một chu kì, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không
nhỏ hơn 500
2
cm/s
2
là
4

T
. Lấy π
2
= 10. Xác định tần số dao động của vật.
23. Tại nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s
2
, một con lắc đơn dao động điều hoà
với chu kì
7
2
π
s. Tính chiều dài, tần số và tần số góc của dao động của con lắc.
24. Ở cùng một nơi trên Trái Đất một con lắc đơn có chiều dài l
1
dao động với
chu kỳ T
1
= 2 s, có chiều dài l
2
dao động với chu kỳ T
2
= 1,5 s. Tính chu kỳ dao
động của con lắc đơn có chiều dài l
1
+ l
2
và con lắc đơn có chiều dài l
1
– l
2

.
25. Khi con lắc đơn có chiều dài l
1
, l
2
(l
1
> l
2
) có chu kỳ dao động tương ứng là
T
1
, T
2
và tại nơi có gia tốc trọng trường là g = 10 m/s
2
. Biết tại nơi đó, con lắc
đơn có chiều dài l
1
+ l
2
có chu kỳ dao động là 2,7 s và con lắc đơn có chiều dài
l
1
- l
2
có chu kỳ dao động là 0,9 s. Tính T
1
, T
2

và l
1
, l
2
.
26. Trong cùng một khoảng thời gian và ở cùng một nơi trên Trái Đất một con
lắc đơn thực hiện được 60 dao động. Tăng chiều dài của nó thêm 44 cm thì
trong khoảng thời gian đó, con lắc thực hiện được 50 dao động. Tính chiều dài
và chu kỳ dao động ban đầu của con lắc.
27. Tại nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s
2
, một con lắc đơn và một con lắc lò
xo nằm ngang dao động điều hòa với cùng tần số. Biết con lắc đơn có chiều dài
49 cm, lò xo có độ cứng 10 N/m. Tính khối lượng vật nhỏ của con lắc lò xo.
28. Một con lắc đơn gồm một quả cầu nhỏ khối lượng m = 50 g, treo vào đầu
sợi dây dài l = 1 m, ở một nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s
2
, Bỏ qua mọi ma
sát. Kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng một góc α
0
= 30
0
rồi thả nhẹ cho con
lắc dao động. Tính thế năng, động năng, vận tốc và sức căng của sợi dây tại:
a) Vị trí biên (α

= α
0
= 30
0

).
b) Vị trí cân bằng.
c) Vị trí có li độ góc α = 10
0
.
29. Tại nơi có gia tốc trọng trường g, một con lắc đơn dao động điều hòa với biên
độ góc α
0
nhỏ (α
0
< 10
0
). Lấy mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Xác định vị trí (li độ
góc α) mà ở đó thế năng bằng động năng trong các trường hợp:
a) Con lắc chuyển động nhanh dần theo chiều dương về vị trí cân bằng.
b) Con lắc chuyển động chậm dần theo chiều dương về phía vị trí biên.
30. Một con lắc đơn gồm một quả cầu nhỏ khối lượng m = 100 g, treo vào đầu
sợi dây dài l = 50 cm, ở một nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m/s
2
. Bỏ qua
mọi ma sát. Con lắc dao động điều hòa với biên độ góc α
0
= 10
0
= 0,1745 rad.
Chọn góc thế năng tại vị trí cân bằng. Tính thế năng, động năng, vận tốc và sức
căng của sợi dây tại:
a) Vị trí biên.
b) Vị trí cân bằng.
31. Trên mặt đất nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m/s

2
. Một con lắc đơn dao
động với chu kỳ T = 0,5 s. Tính chiều dài của con lắc. Nếu đem con lắc này lên
độ cao 5 km thì nó dao động với chu kỳ bằng bao nhiêu (lấy đến 5 chử số thập
phân). Cho bán kính Trái Đất là R = 6400 km.
32. Người ta đưa một con lắc đơn từ mặt đất lên độ cao h = 10 km. Phải giảm độ
dài của nó đi bao nhiêu % để chu kì dao động của nó không thay đổi. Biết bán
kính Trái Đất R = 6400 km.
33. Một con lắc đồng hồ có thể coi là con lắc đơn. Đồng hồ chạy đúng ở mực
ngang mặt biển. Khi đưa đồng hồ lên đỉnh núi cao 4000 m thì đồng hồ chạy
nhanh hay chậm bao lâu trong một ngày đêm. Biết bán kính Trái Đất R = 6400
km. Coi nhiệt độ không đổi.
34. Quả lắc đồng hồ có thể xem là một con lắc đơn dao động tại một nơi có gia
tốc trọng trường g = 9,8 m/s
2
. Ở nhiệt độ 15
0
C đồng hồ chạy đúng và chu kì dao
động của con lắc là T = 2 s. Nếu nhiệt độ tăng lên đến 25
0
C thì đồng hồ chạy
nhanh hay chậm bao lâu trong một ngày đêm. Cho hệ số nở dài của thanh treo
con lắc α = 4.10
-5
K
-1
.
35. Một con lắc đơn treo trong thang máy ở nơi có gia tốc trọng trường 10 m/s
2
.

Khi thang máy đứng yên con lắc dao động với chu kì 2 s. Tính chu kì dao động
của con lắc trong các trường hợp:
a) Thang máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc 2 m/s
2
.
b) Thang máy đi lên chậm dần đều với gia tốc 5 m/s
2
.
c) Thang máy đi xuống nhanh dần đều với gia tốc 4 m/s
2
.
d) Thang máy đi xuống chậm dần đều với gia tốc 6 m/s
2
.
36. Một con lắc đơn có chiều dài dây treo 50 cm và vật nhỏ có khối lượng 0,01 kg
mang điện tích q
= +
5.10
-6
C, được coi là điện tích điểm. Con lắc dao động điều
hòa trong điện trường đều mà vectơ cường độ điện trường có độ lớn E = 10
4
V/m
và hướng thẳng đứng xuống dưới. Lấy g = 10 m/s
2
, π = 3,14. Xác định chu kì dao
động của con lắc.
37. Treo con lắc đơn vào trần một ôtô tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8
m/s
2

. Khi ôtô đứng yên thì chu kì dao động điều hòa của con lắc là 2 s. Tính chu
Cẩm nang giải toán vật lí 12: dao động cơ học.GV: Trương Văn Thanh. ĐT: 0974.810.957 – Trang 8
kì dao động của con lắc khi ôtô chuyển động thẳng nhanh dần đều trên đường
nằm ngang với giá tốc 3 m/s
2
.
38. Một vật nhỏ có khối lượng m = 100 g thực hiện đồng thời hai dao động điều
hoà cùng phương, cùng tần số góc ω = 20 rad/s. Biết biên độ các dao động thành
phần là A
1
= 5 cm, A
2
= 4 cm; độ lệch pha của hai dao động đó là π/3. Tìm biên
độ và năng lượng dao động của vật.
39. Hai dao động điều hoà cùng phương cùng tần số f = 10 Hz, có biên độ lần
lượt là 100 mm và 173 mm, dao động thứ hai trể pha 0,5π so với dao động thứ
nhất. Biết pha ban đầu của dao động thứ nhất bằng 0,25π. Viết phương trình dao
động tổng hợp.
40. Một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hoà với các phương trình: x
1
=
127cos20πt (mm); x
2
= 127cos(20πt -
3
π
) (mm). Viết phương trình dao động
tổng hợp.
41. Một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa với các phương trình: x
1

= 3cos(5πt +
3
π
) (cm) và x
2
= 3
3
cos(5πt +
6
π
) (cm). Tìm phương trình dao
động tổng hợp.
42. Chuyển động của một vật là tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng
phương có các phương trình lần lượt là
1
x 4cos(10t )
4
π
= +
(cm) và x
2
=
3cos(10t +
4
3
π
) (cm). Tính độ lớn vận tốc của vật ở vị trí cân bằng.
43. Dao động tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương có biểu thức x =
5
3

cos(6πt +
2
π
) (cm). Dao động thứ nhất có biểu thức x
1
= 5cos(6πt +
3
π
)
(cm). Tìm biểu thức của dao động thứ hai.
44 Một vật có khối lượng m = 200 g thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa
cùng phương cùng tần số với các phương trình dao động là x
1
= 4cos(10t +
3
π
)
(cm) và x
2
= A
2
cos(10t + π). Biết cơ năng của vật là W = 0,036 J. Hãy xác định
A
2
.
45. Một vật khối lượng 400 g tham gia đồng thời 2 dao động điều hòa với các
phương tình x
1
= 3sin(5πt +
2

π
) (cm); x
2
= 6cos(5πt +
6
π
) (cm). Xác định cơ
năng, vận tốc cực đại của vật.
46. Chuyển động của một vật là tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng
phương. Hai dao động này có phương trình lần lượt là x
1
= 3cos10t (cm) và x
2
=
4sin(10 )
2
t
π
+
(cm). Xác định vận tốc cực đại và gia tốc cực đại của vật.
47. Một con lắc lò xo dao động tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ của nó giảm
0,5%. Hỏi năng lượng dao động của con lắc bị mất đi sau mỗi dao động toàn
phần là bao nhiêu % ?
48. Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,02 kg và lò xo có độ cứng 1 N/m.
Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò xo. Hệ số ma
sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là 0,1. Ban đầu giữ vật ở vị trí lò xo bị nén 10 cm
rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt dần. Lấy g = 10 m/s
2
. Tính vận tốc cực đại
mà vật đạt được trong quá trình dao động.

49. Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,2 kg và lò xo có độ cứng 20 N/m.
Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò xo. Hệ số ma
sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là 0,01. Từ vị trí lò xo không bị biến dạng, truyền
cho vật vận tốc ban đầu 1 m/s thì thấy con lắc dao động tắt dần trong giới hạn đàn
hồi của lò xo. Lấy g = 10 m/s
2
. Tính độ lớn của lực đàn hồi cực đại của lò xo trong
quá trình dao động.
50. Một tàu hỏa chạy trên một đường ray, cứ cách khoảng 6,4 m trên đường ray
lại có một rãnh nhỏ giữa chổ nối các thanh ray. Chu kì dao động riêng của
khung tàu trên các lò xo giảm xóc là 1,6 s. Tàu bị xóc mạnh nhất khi chạy với
tốc độ bằng bao nhiêu?
D. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM.
1. Đối với dao động tuần hoàn, khoảng thời gian ngắn nhất sau đó trạng thái dao
động lặp lại như cũ gọi là
A. Tần số dao động. B. Chu kì dao động.
C. Pha ban đầu. D. Tần số góc.
2. Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k, vật nặng khối lượng m. Chu kì dao
động của vật được xác định bởi biểu thức
A. T = 2π
k
m
. B. T = 2π
m
k
. C.
k
m
π
2

1
. D.
m
k
π
2
1
.
3. Biểu thức li độ của dao động điều hoà là x = Acos(t + ϕ), vận tốc của vật có
giá trị cực đại là
A. v
max
= A
2
ω. B. v
max
= 2Aω. C. v
max
= Aω
2
. D. v
max
= Aω.