Dao động tắt dần, duy trì, cưỡng bức
DAO ĐỘNG TẮT DẦN, DUY TRÌ, CƯỠNG BỨC
1. Dao động tự do
a. Dao động tự do là gì?
- Dao động tự do là dao động của hệ sau khi được kích thích, trong suốt quá trình dao động, chu kỳ dao động chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của hệ, không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài.
- Ví dụ: Dao động của vật nặng trong con lắc lò xo khi không có lực cản là dao động tự do vì dao động của nó chỉ phụ thuộc vào khối lượng của vật và độ cứng lò xo.
b. Tần số dao động riêng
- Trong dao động tự do, vật sẽ dao động với một tần số xác định, ta gọi là tần số dao động riêng.
- Kí hiệu: \(f_0\)
- Ví dụ: Tần số dao động riêng của con lắc lò xo là: \(f_0=\dfrac{1}{2\pi}\sqrt{\dfrac{k}{m}}\)
2. Dao động tắt dần
a. Dao động tắt dần là gì?
- Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian do tác dụng của lực ma sát. Ma sát của môi trường càng lớn, dao động tắt dần càng nhanh.
- Dao động tắt dần không phải là dao động điều hoà vì biên độ của nó giảm dần theo thời gian.
- Môi trường càng nhớt thì dao động tắt dần càng nhanh.
- Ví dụ:
b. Ứng dụng của dao động tắt dần
- Nếu sự tắt dần có hại thì ta phải chống lại sự tắt dần bằng cách cung cấp thêm năng lượng cho hệ dao động. Ví dụ: con lắc đồng hồ……
- Nếu sự tắt dần có lợi thì ta phải tăng cường ma sát để dao động tắt dần nhanh. Ví dụ: bộ giảm xóc của ôtô, xe máy……
3. Dao động duy trì
a. Dao động duy trì là gì?
- Dao động duy trì là dao động được tạo ra bằng cách cung cấp cho hệ một năng lượng đúng bằng năng lượng nó đã mất sau mỗi chu kì dao động.
- Hệ dao động được cung cấp năng lượng thông qua cơ cấu được điều khiển bởi chính hệ đó.
b. Ví dụ
- Trong đồng hồ quả lắc (chạy bằng dây cót), con lắc đồng hồ được cung cấp năng lượng từ dây cót, dao động của con lắc này là dao động duy trì.
c. Đặc điểm của dao động duy trì
- Tần số dao động duy trì bằng tần số dao động riêng của hệ (\(f=f_0\))
4. Dao động cưỡng bức
a. Dao động cưỡng bức là gì?
- Dao động cưỡng bức là dao động được tạo ra bằng cách tác dụng lên hệ một ngoại lực biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
- Ngoại lực: \(F_n=F_0\cos(\omega t +\varphi)\)
+ Trong đó: \(F_0\) là biên độ dao động cưỡng bức; \(\omega\) là tần số góc của ngoại lực.
b. Ví dụ:
c. Đặc điểm của dao động cưỡng bức
- Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.
- Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của ngoại lực. Nếu tần số ngoại lực càng gần tần số riêng của hệ thì biên độ dao động của hệ càng lớn.
(Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của biên độ vào tần số của dao động cưỡng bức)
- Lực cản môi trường càng nhỏ thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn và ngược lại.
d. So sánh dao động cưỡng bức và dao động duy trì
- Giống nhau: Cả hai dao động là cách để kéo dài một dao động tắt dần.
- Khác nhau:
+ Dao động duy trì: Tần số dao động bằng tần số dao động riêng của hệ.
+ Dao động cưỡng bức: Tần số dao động bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.
5. Hiện tượng cộng hưởng
a. Hiện tượng
- Trong dao động cưỡng bức ở trên, ta thấy khi tần số của ngoại lực bằng tần số dao động riêng của hệ thì dao động có biên độ mạnh nhanh. Khi đó ta nói dao động đã xảy ra hiện tượng cộng hưởng.
- Như vậy, cộng hưởng là hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng nhanh đến giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ (\(f=f_0\))
b. Tác dụng, tác hại của hiện tượng cộng hưởng
- Một em bé có thể đưa võng cho người lớn lên rất cao (biên độ lớn) nếu em tác dụng lên võng một lực nhỏ tuần hoàn có tần số bằng tần số riêng của võng.
- Nếu tần số ngoại lực bằng với tần số dao động riêng của hệ sẽ làm cho hệ dao động với biên độ rất lớn có thể gây ra sự hư hỏng. Do đó, các kỹ sư phải thiết kế cây cầu, bệ máy, khung xe,… sao cho tần số dao động riêng của chúng phải khác nhiều so với tần số của các lực cưỡng bức thường xuyên tác dụng lên.
- Một đoàn quân đi đều bước qua một chiếc cầu có thể làm cho cầu bị gãy nếu tần số buớc đi của đoàn quân trùng với tần số riêng của cầu, mặc dù trọng lượng của đoàn quân nhỏ hơn rất nhiều so với trọng tải của cầu.
Bài tập
Có thể bạn quan tâm
Có thể bạn quan tâm
