Con lắc thứ hai có biên độ và tần số góc là: \(\left\{{}\begin{matrix}A_2=A_1=20cm\\\omega_2=\omega_1=20\pi\left(rad/s\right)\end{matrix}\right.\)

Chu kì của hai con lắc là: \(T=\dfrac{2\pi}{\omega}=\dfrac{2\pi}{20\pi}=0,1\left(s\right)\)

Hai con lắc lệch về thời gian so với con lắc thứ nhất một phần tư chu kì nên ta có: 

\(\left[{}\begin{matrix}t_2=t_1+\dfrac{T}{4}\\t_2=t_1-\dfrac{T}{4}\end{matrix}\right.\\ \Rightarrow\left[{}\begin{matrix}x_2=20cos\left[20\pi\left(t+\dfrac{0,1}{4}\right)+\dfrac{\pi}{2}\right]\\x_2=20cos\left[20\pi\left(t-\dfrac{0,1}{4}\right)+\dfrac{\pi}{2}\right]\end{matrix}\right.\\ \Rightarrow\left[{}\begin{matrix}x_2=20cos\left(20\pi t+\pi\right)\\x_2=20cos\left(20\pi t\right)\end{matrix}\right.\)

Chu kì dao động là: \(T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{5}=0,2\left(s\right)\) 

Tần số góc của dao động là: \(\omega=2\pi f=10\pi\left(rad/s\right)\)

Lúc t = 0, ta có: \(\left\{{}\begin{matrix}x=A\\v=0\end{matrix}\right.\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}cos\varphi=1\\sin\varphi=0\end{matrix}\right.\Rightarrow\varphi=0\)

Phương trình dao động là: \(x=10cos\left(10\pi t\right)cm\)

Vẽ đồ thị: 

Từ hình vẽ ta thấy tại thời điểm bắt đầu dao động thì

+ Con lắc 1 ở vị trí biên \(\left( {x = A} \right)\) và sẽ di chuyển về vị trí cân bằng nên pha ban đầu của con lắc 1 là: \({\varphi _1} = 0\)

+ Con lắc 2 ở vị trí cân bằng và sẽ di chuyển về vị trí biên âm nên pha ban đầu của con lắc 2 là: \({\varphi _2} = \frac{\pi }{2}\)

Ta có: \({\varphi _2} = {\varphi _1} + \frac{\pi }{2}\) nên con lắc 2 sớm pha hơn con lắc 1 một góc \(\frac{\pi }{2}\).

Độ lệch pha của hai dao động ở thời điểm t bất kì là: \(\Delta\phi=\left(\omega_2t+\varphi_2\right)-\left(\omega_1t+\varphi_1\right)\)

Vì 2 dao động có cùng chu kì nên \(\omega_1=\omega_2\)

Vậy \(\Delta\phi=\varphi_2-\varphi_1\)

- Từ đồ thị ta thấy, tại thời điểm ban đầu t = 0, vật dao động điều hoà đang ở vị trí biên \(x=-A\) và sẽ dịch chuyển về vị trí cân bằng.

- Pha ban đầu của dao động là: \(-A=Acos\left(\varphi\right)\Rightarrow cos\varphi=-1\Rightarrow\varphi=\pi\)

Ta có: `T=0,4 (s)`

`=>\omega = [2\pi]/T=[2\pi]/[0,4]=5\pi (rad//s)`.

- Từ đồ thị ta thấy:

Biên độ: \(A = 0,2\left( m \right) = 20\left( {cm} \right)\)

Chu kì: \(T = 0,4\left( s \right)\)

Tần số: \(f = \frac{1}{T} = \frac{1}{{0,4}} = 2,5\left( {Hz} \right)\)

- Tần số góc của dao động điều hoà: \(\omega  = \frac{{2\pi }}{T} = \frac{{2\pi }}{{0,4}} = 5\pi \) (rad/s)

Từ đồ thị ta thấy lúc \(t = 0\) thì \(x = 0\) và đang đi về biên dương

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}0 = A.\cos \varphi \\ - \omega A\sin \varphi  > 0\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\cos \varphi  = 0\\\sin \varphi  < 0\end{array} \right. \Rightarrow \varphi  =  - \frac{\pi }{2}\)

Phương trình dao động điều hoà: \(x = 20\cos \left( {5\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)\) cm.

+ Thời điểm vật có li độ \(x = 0\) là:

 \(\begin{array}{l}20\cos \left( {5\pi t - \frac{\pi }{2}} \right) = 0 \Leftrightarrow \cos \left( {5\pi t - \frac{\pi }{2}} \right) = 0\\ \Rightarrow 5\pi t - \frac{\pi }{2} = \frac{\pi }{2} + k\pi  \Rightarrow t = \frac{1}{5} + \frac{k}{5}\,\end{array}\)

với \(k =  - 1,0,1,2....\)

+ Thời điểm vật có li độ \(x = 0,1m = 10cm\) là:

\(\begin{array}{l}20\cos \left( {5\pi t - \frac{\pi }{2}} \right) = 10 \Leftrightarrow \cos \left( {5\pi t - \frac{\pi }{2}} \right) = \frac{1}{2}\\ \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}5\pi t - \frac{\pi }{2} = \frac{\pi }{3} + k2\pi \\5\pi t - \frac{\pi }{2} = \frac{\pi }{3} + k2\pi \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}t = \frac{1}{6} + \frac{{2k}}{5}\,\left( {k = 0,1,2...} \right)\\t = \frac{{ - 1}}{{30}} + \frac{{2k}}{5}\left( {k = 0,1,2...} \right)\end{array} \right.\end{array}\)

Ta có: `x=Acos(\omega t+\pi/2)`

`=>` Để vẽ đồ thị hoặc viết phương trình của một dao động điều hòa cần những đại lượng vật lí là:

   +, `A` là biên độ dao động `(m;cm;mm;....)`

   +, `\omega` là tần số góc của dao động `(rad//s)`

   +, `\varphi` là pha ban đầu của dao động `(rad)`.

Dao động trên một đường thẳng dài `16 cm`

     `=>L=16 (cm)`

  Mà `A=L/2`

  `=>A=16/2=8` (cm)

tham khảo

1. Mô tả dao động điều hòa của con lắc đơn:

+ Tại thời điểm ban đầu t = 0, con lắc đơn đang ở vị trí biên dương (x = A = 40 cm) và sẽ dịch chuyển về vị trí cân bằng, con lắc đơn ở vị trí x = 0 khi t = 1 s.

+ Tại thời điểm t = 1 s, con lắc đơn bắt đầu chuyển động về phía biên âm và ở vị trí x =  - A = - 40 cm khi t = 2 s.

+ Tại thời điểm t = 2 s, con lắc đang ở vị trí biên âm sẽ dịch chuyển về vị trí cân bằng và ở tại vị trí x = 0 khi t = 3 s.

2. Sử dụng thước kẻ để xác định li độ của con lắc tại các thời điểm.

Cách làm: Từ các thời điểm bài toán yêu cầu, dựng đường thẳng vuông góc với trục thời gian tại vị trí thời điểm đó, đường thẳng cắt đồ thị tại điểm nào thì ta kẻ đường thẳng song song với trục thời gian đi qua điểm cắt đó. Đường thẳng song song này cắt trục Ox tại điểm nào thì đó là li độ cần tìm.

Tại thời điểm t = 0 vật bắt đầu xuất phát nên\(\left\{{}\begin{matrix}A=40cm\\x=40cm\end{matrix}\right.\)

Tại thời điểm t = 0,5 s: \(\left\{{}\begin{matrix}A=40cm\\x=20\sqrt{2}cm\end{matrix}\right.\)

Tại thời điểm t = 2,0 s, con lắc đang ở biên âm\(\left\{{}\begin{matrix}A=40cm\\x=-40cm\end{matrix}\right.\)