CON LẮC ĐƠN 01

phannguyenquoctu

Vật Lý 11 – Thực Hành Cá Nhân Tại Nhà

CON LẮC ĐƠN 01

Thí nghiệm đơn giản nhất: dây dài bất kỳ — góc lệch bất kỳ

Tài liệu này hướng dẫn từng học sinh tự làm thí nghiệm con lắc đơn tại nhà, một mình, không cần dụng cụ phòng thí nghiệm. Bạn sẽ học cách tự chế con lắc từ vật liệu có sẵn và dùng chính chiếc điện thoại của mình để xác định chu kỳ dao động T.

Vì sao dây "bất kỳ" và góc lệch "bất kỳ"? • Đây là bài làm quen đầu tiên, mục tiêu là tập đo chu kỳ T cho thành thạo — chưa yêu cầu độ chính xác cao để tính g. • Bạn có thể chọn dây dài tuỳ ý (khoảng 30 cm – 1,5 m) và kéo lệch một góc tuỳ ý (miễn là con lắc dao động qua lại đều đặn, không quay vòng, không văng dây). • Nếu muốn dùng số liệu để tính g chính xác sau này, hãy giữ góc lệch nhỏ (dưới 10°) — xem phần Mở rộng ở cuối bài.

 1. Mục tiêu

●    Tự chế được một con lắc đơn đơn giản từ vật liệu có sẵn trong nhà.

●    Biết dùng điện thoại (đồng hồ bấm giờ hoặc quay video chậm) để đo thời gian dao động.

●    Tính được chu kỳ dao động T của con lắc từ số liệu tự đo.

●    Làm quen với cách ghi chép số liệu và trình bày kết quả khoa học, dù chỉ làm một mình.

2. Tự chế dụng cụ (5–10 phút)

2.1. Vật liệu cần tìm trong nhà

Bộ phận	Gợi ý vật liệu có sẵn	Yêu cầu quan trọng
Dây treo	Chỉ khâu, dây dù nhỏ, dây câu cá, chỉ nha khoa	Không dùng dây thun / dây thừng dễ giãn
Vật nặng	Ổ khoá nhỏ, cục tẩy, viên bi, đai ốc, chìa khoá chùm	Nhỏ gọn, đặc, nặng vừa phải, đối xứng
Điểm treo	Mép bàn, tay nắm tủ, khung cửa, thành ghế	Đứng yên tuyệt đối, không bị rung lắc
Thước đo	Thước kẻ học sinh, thước dây may đồ	Đo được chiều dài dây đã chọn
Điện thoại	Điện thoại cá nhân	Có đồng hồ bấm giờ (stopwatch) hoặc quay video

 

2.2. Các bước lắp ráp

1.    Buộc chặt một đầu dây vào vật nặng — quấn 2–3 vòng và thắt nút chắc để vật không tuột ra giữa chừng.

2.    Buộc đầu dây còn lại vào điểm treo đã chọn (ví dụ: buộc vào tay nắm tủ, kẹp vào mép bàn bằng một cuốn sách nặng đè lên).

3.    Kiểm tra: kéo nhẹ vật nặng, thả tay — nếu điểm treo không bị xê dịch, dây không tuột là đạt yêu cầu.

4.    Đo chiều dài dây l từ điểm treo đến tâm vật nặng, ghi lại (đơn vị mét).

3. Dùng điện thoại để đo chu kỳ dao động

Có hai cách, chọn cách nào phù hợp với điện thoại bạn đang có. Cách 2 cho kết quả chính xác hơn nếu điện thoại quay được video chậm (slow-motion).

Cách 1 — Dùng đồng hồ bấm giờ (Stopwatch) có sẵn trên điện thoại

1.    Mở ứng dụng Đồng hồ (Clock) → chọn mục Bấm giờ (Stopwatch).

2.    Kéo vật nặng lệch khỏi vị trí cân bằng rồi thả nhẹ, không đẩy thêm lực.

3.    Khi vật đi qua đúng vị trí cân bằng (điểm thấp nhất) theo một chiều nhất định (ví dụ từ trái sang phải), bấm Start và đếm "0".

4.    Mỗi lần vật đi qua vị trí cân bằng theo đúng chiều đó, đếm tiếp 1, 2, 3... cho đến khi đủ 10 lần (tức 10 dao động toàn phần) thì bấm Stop.

5.    Đọc thời gian t hiện trên màn hình, ghi vào bảng số liệu. Tính chu kỳ: T = t / 10.

Cách 2 — Quay video chậm (chính xác hơn, khuyến khích)

1.    Đặt điện thoại cố định trên một chồng sách hoặc giá đỡ, không cầm tay, hướng camera vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc.

2.    Mở ứng dụng Camera → chọn chế độ Slow-motion (Quay chậm).

3.    Kéo vật nặng lệch một góc, thả nhẹ, quay video liên tục khoảng 15–20 giây (đủ cho hơn 10 dao động).

4.    Dừng quay, mở lại video, dùng tay kéo thanh tiến trình (thanh timeline) để tua chậm/từng khung hình.

5.    Xác định thời điểm vật đi qua vị trí cân bằng lần đầu (đọc giờ:phút:giây hiển thị trên thanh tua của video) — ghi lại là t0.

6.    Tua tiếp đến đúng lần thứ 10 vật đi qua vị trí cân bằng theo cùng chiều — ghi lại là t10.

7.    Thời gian 10 dao động: t = t10 − t0. Tính chu kỳ: T = t / 10.

Mẹo nhỏ khi đếm dao động • Luôn đếm vật đi qua vị trí cân bằng theo CÙNG MỘT CHIỀU (ví dụ chỉ đếm khi đi từ trái sang phải) để không bị nhầm lẫn, thiếu hoặc thừa một nửa dao động. • "1 dao động toàn phần" là khi vật đi từ vị trí thả ban đầu, qua vị trí cân bằng, sang phía đối diện, rồi quay trở lại đúng vị trí ban đầu. • Nếu lỡ đếm sai giữa chừng, hãy làm lại từ đầu — đừng cố sửa vì sẽ gây sai số lớn.

4. Ghi số liệu

Chiều dài dây đã chọn: l = …………… m      Góc lệch ban đầu (ước lượng): …………… độ

Lần đo	Số dao động n	Thời gian t (s)	Chu kỳ T = t/n (s)
1	10
2	10
3	10

 

Chu kỳ trung bình:   T̄ = (T1 + T2 + T3) / 3 = ……………… s

5. Nhận xét nhanh

●    Ba lần đo T có gần bằng nhau không? Nếu chênh lệch nhiều, nguyên nhân có thể do đâu (đếm nhầm dao động, bấm giờ trễ, dây bị vướng gió...)?

●    Nếu đổi dây dài hơn, em dự đoán chu kỳ T sẽ tăng hay giảm? Có thể thử lại với một chiều dài khác để kiểm tra.

●    Điều gì gây khó khăn nhất khi tự làm thí nghiệm một mình (giữ điện thoại, đếm dao động, hay bấm giờ đúng lúc)?

6. Mở rộng (không bắt buộc): Tính gia tốc trọng trường g

Nếu muốn thử tính g, hãy làm lại thí nghiệm với góc lệch nhỏ (dưới 10°, tức lệch ngang khoảng bằng 1/6 chiều dài dây) rồi áp dụng công thức:

g = 4π² · l / T²

Trong đó l là chiều dài dây (m), T là chu kỳ trung bình (s). So sánh giá trị g tính được với giá trị chuẩn 9,8 m/s² và nhận xét sai số phần trăm.

7. Lưu ý an toàn khi làm một mình

●    Không treo vật nặng ở nơi có thể va vào người, vật dễ vỡ, hoặc thú nuôi trong nhà khi dao động.

●    Không đứng lên ghế/bàn cao để buộc dây một mình — nhờ người lớn hỗ trợ nếu điểm treo ở trên cao.

●    Làm thí nghiệm ở nơi kín gió (trong phòng, đóng cửa sổ) để con lắc dao động ổn định, dễ quan sát và quay video hơn.

Chúc bạn thực hành vui và đo được chu kỳ dao động thật chính xác!