Bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức

Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức

I) So sánh giữa các loại dao động

	Dao động tự do	Dao động tắt dần	Dao động duy trì	Dao động cưỡng bức
Khái niệm	- Có tần số chỉ phụ thuộc vào các đặc tính riêng của hệ mà không phụ thuộc vào vác yếu tố môi trường. - Tần số đó gọi là tần số dao động riêng của hệ f0	- Có biên độ (cơ năng) giảm dần theo thời gian. - Dao động tắt dần là do lực ma sát và lực cản của môi trường.	- Có biên độ được giữ không đổi mà không làm thay đổi tần số dao động riêng f0 của hệ. - Bằng cách cung cấp cho nó sau mỗi chu kỳ một phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng mất đi do ma sát.	- Chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn với tần số f, giữ cho dao động không bị tắt. - Khi ấy hệ dao động với tần số f của ngoại lực
Đặc điểm	- Biên độ không đổi: A - Tần số: f0 - Không có lực cản	- Biện độ giảm dần - Tần số: f0 - Có lực cản	- Biên độ không đổi: A - Tần số: f0 - Có lực cản	- Biên độ không đổi: A Phụ thuộc vào: biên độ của lực cưỡng bức; độ chênh lệch giữa tần số dao động riêng và tần số của lực cưỡng bức và lực cản của môi trường. - Tần số: f - Có lực cản
VD	Khi không có ma sát dao động của con lắc lò xo hay con lắc đơn là dao động tự do.	Gảy một chiếc dây đàn, nó sẽ dao động rồi tắt dần.	Những người chơi đu duy trì dao động của chiếc đu bằng cách	Chiếc xe chuyển động thẳng đều trên đoạn đường có các ghờ giảm tốc cách đều nhau một khoảng s.
Ứng dụng		Các thiết bị đóng cửa tự động, giảm xóc ô tô,...	Dao động của con lắc đồng hồ.	Dao động của cân rung, mạch chọn sóng trong đài FM,...

II) Hiện tượng cộng hưởng:

- Khái niệm: Là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f₀ của hệ dao động. - Ứng dụng: hộp đàn của đàn ghita là hộp cộng hưởng làm cho âm thanh to hơn,... - Tuy nhiên nó cũng có tác hại: ở Napoleon chỉ huy quân Pháp tiến đánh Tây Ban Nha. Khi đội quân đi qua một cây cầu treo, toàn bộ binh lính đã bước đều răm rắp theo khẩu lệnh. Khi họ sắp tới đầu cầu bên kia một đầu cầu bung ra và rơi xuống dòng sông. Nguyên nhân là do đoàn quân đi đều nên có tần số tác dụng lực, khi tần số này gần với tần số riêng của cây cầu hiện tưởng cộng hưởng xảy ra làm cầu dao động mạnh và sập.

C1 trang 20 SGK: 

Hãy làm thí nghiệm như Hình 4.3. Con lắc điều khiển D được kéo sang một bên rồi thả ra cho dao động. a) Các con lắc khác có dao động không? b) Con lắc nào dao động mạnh nhất? Tại sao? Trả lời: Học sinh làm thí nghiệm quan sát và nhận xét: a) Các con lắc khác có dao động vì các con lắc này đều chịu tác dụng của lực cưỡng bức do con lắc D dao động gây ra truyền qua dây nối các điểm treo của chúng nên chúng sẽ dao động cưỡng bức với chu kỳ bằng chu kỳ của con lắc D. b) Con lắc C dao động mạnh nhất. vì A, B, C, E, G đều dao động cưỡng bức, Do chiều dài dây treo con lắc C bằng chiều dài dây treo con lắc D, nên tần số của lực cưỡng bức lên con lắc C bằng tần số dao động riêng của nó, nên nó sẽ dao động với biên độ lớn nhất (hiện tượng cộng hưởng). C2 trang 20 SGK: a) Tại sao biên độ dao động cưỡng bức của thân xe trong ví dụ III.2 lại nhỏ? b) Tại sao với một lực đẩy nhỏ ta có thể làm cho chiếc đu có người ngồi đung đưa với biên độ lớn? Trả lời: a) Trong thực tế, người ta chế tạo sao cho tần số của lực cưỡng bức gây ra bởi chuyển động của pittong trong xilanh của máy nổ khác xa tần số riêng của khung xe để tránh dao động mạnh, tránh vỡ các thiết bị máy. b) Vì tần số do lực tác dụng (lực đẩy) bằng với tần số riêng của chiếc đu, gây ra sự cộng hưởng nên chiếc đu chuyển động có biên độ lớn.

Bài 1 (trang 21 SGK Vật Lý 12):

Nêu đặc điểm của dao động tắt dần. Nguyên nhân của nó là gì? Lời giải: - Dao động tắt dần là dao động có biên độ và cơ năng giảm dần theo thời gian dưới tác dụng của lực cản và lực ma sát của môi trường. - Đặc điểm: + Có chu kì, tần số không đổi. + Cơ năng chuyển thành nhiệt năng. + Ma sát càng lớn tắt dần càng nhanh và ngược lại. + Dao động tắt dần không có tính điều hòa. - Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực ma sát và lực cản của môi trường mà cơ năng chuyển thành nhiệt năng, dẫn đến sự mất dần năng lượng.

Bài 2 (trang 21 SGK Vật Lý 12): 

Nêu đặc điểm của dao động duy trì? Lời giải: Đặc điểm của dao động duy trì: + Là dao động tự do mà người ta đã bổ sung năng lượng cho vật sau mỗi chu kì dao động, năng lượng bổ sung đúng bằng năng lượng mất đi. + Quá trình bổ sung năng lượng là để duy trì dao động chứ không làm thay đổi đặc tính cấu tạo, không làm thay đổi biên độ và chu kì hay tần số dao động của hệ.

Bài 3 (trang 21 SGK Vật Lý 12): 

Nêu đặc điểm của dao động cưỡng bức. Lời giải: * Đặc điểm của dao động cưỡng bức: - Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức. - Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và phụ thuộc vào 3 yếu tố: + Biên độ của lực cưỡng bức: Biên độ lực cưỡng bức càng lớn thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn. + Độ chênh lệch giữa tần số lực cưỡng bức và tần số dao động riêng của hệ: chênh lệch càng ít thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn. + Lực cản, ma sát của môi trường: lực cản, ma sát của môi trường càng nhỏ thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.

Bài 4 (trang 21 SGK Vật Lý 12):

Hiện tượng cộng hưởng là gì? Nêu điều kiện để có cộng hưởng. Cho một ví dụ. Lời giải: - Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến một giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ f₀ - Điều kiện để có cộng hưởng: f = f₀ Ví dụ: Chiếc cầu có thể gãy, nếu đoàn người đi đều bước qua chiếc cầu có tần số cưỡng bức f bằng với tần số riêng của chiếc cầu f₀. Mỗi nhạc cụ đều có hộp cộng hưởng, để có thể dao động cộng hưởng nhiều tần số dao động khác nhau.

Các bài viết liên quan

Các bài viết được xem nhiều nhất