Lớp 12Vật Lý

Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng

Câu hỏi: Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng

Lời giải:

1. Dao động tắt dần là:

Bạn đang xem: Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng

– Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần.

– Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực ma sát và lực cản của môi trường.

2. Dao động duy trì

Nếu ta cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động có ma sát để bù lại sự tiêu hao vì ma sát mà không làm thay đổi chu kỳ riêng của nó thì dao động kéo dài mãi và gọi là dao động duy trì.

3. Dao động cưỡng bức là :

– Dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cưỡng bức.

– Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số lực cưỡng bức.

4. Cộng hưởng

– Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng dần lên đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.

– Điều kiện f = f0 gọi là điều kiện cộng hưởng.

Cùng THPT Ninh Châu đi tìm hiểu chi tiết về các dao động cơ nhé.

Chúng ta đã học về con lắc đơn, con lắc lò xo khi dao động điều hòa. Trong dao động điều hòa, ta thường bỏ qua lực ma sát. Nhưng thực tế, chuyển động nào cũng tạo ra lực ma sát và điều này làm cho các vật không phải dao động điều hòa

1. Dao động tắt dần

a) Định nghĩa

[CHUẨN NHẤT] Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng

Trên thực tế, bất kì chuyển động nào cũng tạo ra ma sát, làm cản trở chuyển động, biến năng lượng của vật thành nhiệt năng. 

Lấy ví dụ về con lắc lò xo, khi kéo con lắc khỏi vi trị cần bằng, ta có cơ năng 

[CHUẨN NHẤT] Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng (ảnh 2)

. Càng dao động thì biên độ con lắc lò xo càng giảm và đến một lúc nào đó thì dừng lại. Nguyên nhân là do lực ma sát chuyển hóa thành nội năng giữa con lắc lò xo và giá đỡ. Cơ năng giảm, mà độ cứng không đổi, ta suy ra biên độ của con lắc giảm.

=> Đây là một trường hợp về dao động tắt dần

Định nghĩa dao động tắt dần: Dao động tắt dần là dao động có biên độ (hoặc năng lượng) giảm dần theo thời gian do tác dụng của lực ma sát

Đặc điểm:

+) Cơ năng của vật giảm chuyển hóa thành nhiệt.

+) Tùy theo lực cản của môi trường lớn hay nhỏ mà dao động tắt dần xảy ra nhanh hay chậm.

+) Khi lực ma sát càng nhỏ, dao động tắt dần càng chậm, và ngược lại.

[CHUẨN NHẤT] Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng (ảnh 3)
Dao động tắt dần trong không khí. Dao động tắt dần trong nước.

Chú ý: Dao động tắt dần càng nhanh theo thứ tự môi trường: không khí, nước, dầu,…(mật độ vật chất trong môi trường càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh)

b) Ứng dụng: 

Dao động tắt dần vừa có lợi vừa có hại tùy vào mỗi trường hợp

Ví dụ về có lợi: Bộ phận giảm xóc xe máy, bộ phận đóng khép cửa tự động,….

Ví dụ về có hại: Đồng hồ quả lắc dao động một lúc rồi dừng lại

2. Dao động duy trì

a) Định nghĩa 

Khi không muốn dao động tắt dần, người ta thực hiện dao động duy trì cho vật.

Định nghĩa: Dao động duy trì là dao động được cung cấp phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng mất đi sau mỗi chu kỳ.

Muốn giữ cho biên độ dao động của con lắc không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó, người ta dùng một thiết bị cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động có ma sát để bù lại sự tiêu hao vì ma sát không làm thay đổi chu kì riêng của nó thì dao động kéo dài mãi 

b) Đặc điểm

Dao động duy trì có tần số, chu kỳ, tần số góc giống với dao động điều hòa

Từ đây ta có thêm khái niệm dao động tự do: Dao động chỉ chịu tác dụng của nội lực hay chu kì và tần số của vật chỉ phụ thuộc vào đặc tính riêng của vật (Ví dụ: Con lắc lò xo)

Người ta còn nói dao động duy trì là sự tự dao động. Bộ phận cung cấp năng lượng nằm trong hệ nên khi ta kích thích lần đầu, vật sẽ tự dao động.

c) Ứng dụng: con lắc đồng hồ,….

3. Dao động cưỡng bức

a) Định nghĩa:

Dao động cưỡng bức là dao động chịu tác dụng của một ngoại lực tuần hoàn 

[CHUẨN NHẤT] Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng (ảnh 4)

(Trong chương trình phổ thông, ta coi dao động cưỡng bức là dao động điều hòa). Fo là biên độ ngoại lực, là tần số góc của ngoại lực

Ví dụ: Kéo một con lắc lò xo rồi thả ra. Con lắc lò xo sẽ dao động tắt dần, bây giờ ta đặt một lực do tay ta tạo ra lên con lắc. Khi đó dao động này gọi là dao động cưỡng bức, do vật dao động phụ thuộc vào lực do tay ta tạo nên, tần số bằng tần số  ngoại lực cưỡng bức.

ω=Ω

b) Đặc điểm:

+) Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số lực cưỡng bức.

+) Biên độ của dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc cả vào độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động. Khi tần số của lực cưỡng bức càng gần tần số riêng thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc li độ vật dao động cưỡng bức theo thời gian như hình vẽ dưới đây.

[CHUẨN NHẤT] Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng (ảnh 5)

4. Sự cộng hưởng

a) Định nghĩa:

Cộng hưởng là hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức đạt cực đại khi tần số của ngoại lực bằng tần số riêng

[CHUẨN NHẤT] Dao động tắt dần dao động cưỡng bức là gì sự cộng hưởng (ảnh 6)

Ví dụ: Một con lắc lò xo có tần số góc bằng 10 rad. Người ta làm thí nghiệm và thấy rằng khi tần số ngoại lực bằng 10 rad thì biên độ của con lắc lò xo đạt cực đại

Trong xây dựng, người ta rất chú ý đến sự cộng hưởng. Mỗi vật đều có tần số riêng, giả dụ khi xây cầu mà để xảy ra hiện tượng cộng hưởng thì rất dễ sụp đổ vì nó dao động với biên độ lớn.

b) Đặc điểm

+) Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng dần lên đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.

+) Điều kiện f = f0 gọi là điều kiện cộng hưởng. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của biên độ vào tần số của dao động cưỡng bức.

c) Ứng dụng

Hiện tượng cộng hưởng có rất nhiều ứng dụng trong y học, điện lực, truyền hình,xây dựng. Có thể kể đến một vài ứng dụng tiêu biểu như: Máy chụp cộng hưởng từ sử dụng trong y học để chụp ảnh các cơ quan nội tạng bên trong con người.

Hay máy thu sóng điện từ như radio, tivi sử dụng hiện tượng cộng hưởng để chọn thu và khuếch đại các sóng điện từ có tần số thích hợp; mạch khuếch đại trung cao tần sử dụng cộng hưởng khuếch đại các âm thích hợp.

Tuy nhiên hiện tượng cộng hưởng cũng có hại. Những hệ dao động như tòa nhà, khung xe,… đều có tần số riêng. Phải làm sao cho để các hệ này không chịu tác dụng của các lực cưỡng bức có tần số bằng tần số riêng. Nếu không các hệ này sẽ dễ vỡ, sụp đổ.

Lấy ví dụ vào thế kỉ XIX, một quân đoàn Nga đi đều bước  qua một cây cầu và không may tần số bước chân của quân đoàn lại bằng tần số riêng của cây cầu và tai nạn không mong muốn đã xảy ra. Từ đó quân đội Nga không còn quy định mỗi khi đi qua cầu nữa.

Đăng bởi: THPT Ninh Châu

Chuyên mục: Lớp 12, Vật Lý 12

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button