Khi nghiên cứu sự biến đổi năng lượng của con lắc đơn trong quá trình dao động, có bạn học sinh khẳng định rằng...

Khi nghiên cứu sự biến đổi năng lượng của con lắc đơn trong quá trình dao động, có bạn học sinh khẳng định rằng, nếu ta thay một quả lắc khác có khối lượng lớn hơn nhưng vẫn giữ nguyên biên độ của dao động thì vận tốc của quả lắc mới sẽ lớn hơn khi qua vị trí cân bằng vì nó có cơ năng lớn hơn.

Nhận thức này đúng hay sai? Vì sao?

Hướng dẫn giải :

Viết biểu thức tính cơ năng (bằng thế năng cực đại) và biểu thức tính động năng tại vị trí cân bằng để giải thích.

Lời giải chi tiết :

Nhận định của bạn học sinh là sai.

Giải thích: Trong quá trình dao động, cơ năng của con lắc được bảo toàn và có giá trị bằng thế năng cực đại và động năng cực đại.

\({\rm{W}} = {{\rm{W}}_{t\max }}{\rm{ = mg}}{{\rm{h}}_{\max }}\); \({\rm{W = }}{{\rm{W}}_{d\max }} = \frac{1}{2}m{v_{\max }}^2\). Suy ra, \({v_{\max }}^2 = 2g{{\rm{h}}_{\max }}\). Từ đó ta thấy, biên độ dao động không đổi thì \({{\rm{h}}_{\max }}\) không đổi, do đó vận tốc tại vị trí cân bằng (vận tốc cực đại) cũng không đổi, hay khối lượng của vật không ảnh hưởng đến vận tốc của vật tại vị trí cân bằng.