Kỳ thi chọn học sinh giỏi Quốc gia THPT môn Vật lý vòng 2 - Năm học 2016-2017

Câu I (4,0 điểm).

Vào giữa thế kỷ 19, nhà khoa học Fu-cô đã khảo sát chuyển động của một con lắc có cấu tạo tương tự như một con lắc đơn. Căn cứ vào chuyển động của mặt phẳng dao động của con lắc, ông đã chứng tỏ rằng Trái Đất tự quay xung quanh trục của nó. Con lắc đó gọi là con lắc Fu-cô. Trong bài này ta khảo sát chuyển động của con lắc Fu-cô dưới dạng chuyển động của một con lắc đơn trong hệ quy chiếu quay được đặc trưng bởi lực quán tính Cô-ri-ô-lít và dưới tác dụng của trọng lực.

Tại một nơi có vĩ độ ( trên bán cầu Bắc của Trái Đất người ta treo một con lắc đơn khối lượng M, chiều dài C. Gọi O là vị trí cân bằng của vật M khi con lắc đứng yên. Chọn hệ tọa độ Oxyz gắn cố định với Trái Đất, mặt phẳng Oxy nằm ngang song song với bề mặt Trái Đất, trục Ox theo hướng Đông và tiếp tuyến với đường vĩ tuyến đi qua điểm O; trục Oy theo hướng Bắc và tiếp tuyến với đường kinh tuyến đi qua điểm O; tr