Trong chương trình Vật lý lớp 12, dao động tắt dần và dao động cưỡng bức là những kiến thức khá phức tạp. Vậy dao động tắt dần và dao động cưỡng bức là gì? Team Marathon Education đã tổng hợp các khái niệm và lý thuyết liên quan đến nội dung này qua bài viết dưới đây.
>>> Xem thêm: Thế Năng Là Gì? Công Thức Tính Thế Năng Trọng Trường Và Thế Năng Đàn Hồi
Dao động tắt dần là gì?
Dao động tắt dần là những dao động có biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân khiến dao động tắt dần là do lực ma sát hoặc lực cản của môi trường gây nên.
Chu kì và tần số của dao động tắt dần không phụ thuộc vào biên độ dao động mà phụ thuộc vào chu kì và tần số dao động riêng của vật.
Có 2 loại dao động tắt dần:
- Dao động tắt dần nhanh
- Dao động tắt dần chậm
Các công thức tính dao động tắt dần
1. Công thức tính độ giảm biên độ sau mỗi chu kì dao động:
Trong một chu kì độ giảm biên độ:
ΔA= 2ΔA' = \frac{4μmg}{k}
Biên độ dao động giảm đều sau mỗi chu kì:
>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 10: Cơ Năng Là Gì Và Công Thức Tính Cơ Năng
2. Số dao động vật thực hiện cho tới khi dừng lại
N = \frac{A}{ΔA}=\frac{A. ω^2}{4μg} \text{ hay } N = \frac{A}{ΔA}=\frac{kA}{4μmg}
3. Thời gian vật dao động cho tới khi dừng lại
t = \frac{N}{T} = \frac{A.ω^2}{4μg}.\frac{2π}{ω}=\frac{πωA}{2μg}\ [s]
4. Độ giảm năng lượng của dao động sau mỗi chu kì
Trong đó:
- A: biên độ dao động [m]
- μ: hệ số ma sát
- m: khối lượng của vật [kg]
- g: gia tốc rơi tự do [m/s2]
- k: độ cứng của con lắc lò xo [N/m]
- ω: tần số góc [rad/s]
- N: số dao động vật thực hiện
- E: năng lượng của vật [J]
>>> Xem thêm: Động Năng Là Gì? Định Lý Và Công Thức Tính Động Năng
Lý Thuyết Lý 11: Điện Tích Và Định Luật Cu-Lông
Dao động cưỡng bức là gì?
Dao động cưỡng bức là dao động biến thiên tuần hoàn theo thời gian dưới sự tác động của ngoại lực. Lực tác dụng này được gọi là lực cưỡng bức tuần hoàn [ngoại lực cưỡng bức] và được tính bằng công thức: F[t] = F[t + kt]
Chu kì và tần số của dao động cưỡng bức chính là chu kì và tần số của ngoại lực cưỡng bức.
Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc pha ban đầu nhưng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tần số lực cưỡng bức
- Biên độ của ngoại lực F
- Lực ma sát
>>> Xem thêm: Lý thuyết về con lắc đơn, công thức và bài tập minh họa
Hiện tượng cộng hưởng
Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức [f] tăng đột ngột đến giá trị cực đại khi tần số lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của vật là hiện tượng cộng hưởng.
Điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng: Acb = Amax khi fcb = f
Giải thích
Khi tần số của lực cưỡng bức [f] có giá trị bằng tần số riêng của hệ dao động, dao động được cung cấp năng lượng đúng lúc và khiến cho biên độ dao động [f] của hệ tăng dần lên.
Khi tốc độ tiêu hao năng lượng do ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ thì biên độ dao động đạt tới giá trị không đổi và cực đại.
Ví dụ về hiện tượng cộng hưởng:
- Trong quân đội, bộ đội không được phép bước đều khi đi qua cầu vì tần số bước đi của đoàn quân có thể trùng với tần số dao động riêng của chiếc cầu, gây ra cộng hưởng và làm sập cầu.
- Giọng hát làm vỡ ly thủy tinh: Các loại thủy tinh có tần số cộng hưởng tự nhiên của chúng. Vì vậy, khi chúng ta hát và tạo ra âm thanh có tần số trùng với với tần số cộng hưởng của thủy tinh, ly sẽ bắt đầu dao động. Âm thanh càng lớn thì ly rung càng mạnh hơn và vỡ ra thành nhiều mảnh.
Chuyển Động Tịnh Tiến Và Chuyển Động Quay Quanh Trục Của Vật Rắn
Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng
Hiện tượng cộng hưởng được ứng dụng vào các ngành như: xây dựng nhà cửa, xây dựng cầu đường, sản xuất chất tạo máy móc… Trong quá trình xây dựng, hệ dao động như tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe,… đều có tần số riêng. Ta phải cẩn thận không để cho các hệ này chịu tác dụng của các lực cưỡng bức có tần số bằng tần số riêng. Nếu không, lực này có thể làm cho các hệ ấy dao động mạnh, dẫn đến đổ hoặc gãy gây nên những hậu quả nghiêm trọng về tài sản, tính mạng con người.
Ngoài ra, hiện tượng cộng hưởng còn được ứng dụng dùng để sản xuất hộp đàn [ghita, viôlon…]
Học livestream trực tuyến Toán - Lý - Hóa - Văn - Anh - Sinh bứt phá điểm số 2022 – 2023 tại Marathon Education
Marathon Education là nền tảng học livestream trực tuyến Toán - Lý - Hóa - Văn - Anh - Sinh uy tín và chất lượng hàng đầu Việt Nam dành cho học sinh từ lớp 8 đến lớp 12. Với nội dung chương trình giảng dạy bám sát chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Marathon Education sẽ giúp các em lấy lại căn bản, bứt phá điểm số và nâng cao thành tích học tập.
Tại Marathon, các em sẽ được giảng dạy bởi các thầy cô thuộc TOP 1% giáo viên dạy giỏi toàn quốc. Các thầy cô đều có học vị từ Thạc Sĩ trở lên với hơn 10 năm kinh nghiệm giảng dạy và có nhiều thành tích xuất sắc trong giáo dục. Bằng phương pháp dạy sáng tạo, gần gũi, các thầy cô sẽ giúp các em tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng và dễ dàng.
Marathon Education còn có đội ngũ cố vấn học tập chuyên môn luôn theo sát quá trình học tập của các em, hỗ trợ các em giải đáp mọi thắc mắc trong quá trình học tập và cá nhân hóa lộ trình học tập của mình.
Lý Thuyết Về Suất Điện Động Cảm Ứng - Định Luật Faraday, Định Luật Len-xơ
Với ứng dụng tích hợp thông tin dữ liệu cùng nền tảng công nghệ, mỗi lớp học của Marathon Education luôn đảm bảo đường truyền ổn định chống giật/lag tối đa với chất lượng hình ảnh và âm thanh tốt nhất.
Nhờ nền tảng học livestream trực tuyến mô phỏng lớp học offline, các em có thể tương tác trực tiếp với giáo viên dễ dàng như khi học tại trường.
Khi trở thành học viên tại Marathon Education, các em còn nhận được các sổ tay Toán – Lý – Hóa “siêu xịn” tổng hợp toàn bộ công thức và nội dung môn học được biên soạn chi tiết, kỹ lưỡng và chỉn chu giúp các em học tập và ghi nhớ kiến thức dễ dàng hơn.
Marathon Education cam kết đầu ra 8+ hoặc ít nhất tăng 3 điểm cho học viên. Nếu không đạt điểm số như cam kết, Marathon sẽ hoàn trả các em 100% học phí. Các em hãy nhanh tay đăng ký học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn lớp 8 – lớp 12 năm học 2022 – 2023 tại Marathon Education ngay hôm nay để được hưởng mức học phí siêu ưu đãi lên đến 39% giảm từ 699K chỉ còn 399K.
Các khóa học online tại Marathon Education
Hy vọng với những kiến thức về bài học dao động tắt dần cũng như dao động cưỡng bức mà Team Marathon Education vừa chia sẻ, các em có thể hệ thống và nắm vững kiến thức đã học, đồng thời vận dụng và giải được bài tập. Chúc các em học tập tốt!
Dao động là gì? Đây là một chủ đề thú vị mà hôm nay Kiến Guru muốn chia sẻ đến các bạn. Trong chương trình học vật lý lớp 12, dao động là chương đặc biệt quan trọng và chiếm phần lớn lượng kiến thức cũng như số lượng câu hỏi trong từng đề thi. Ngoài ra kiến thức trong phần này cũng giúp bạn không chỉ trong các bài tập mà còn là nền tảng để học tốt những chương trình học tiếp theo của vật lý 12. Bài viết sẽ tổng hợp những khái niệm và những nội dung liên quan đến dao động, chúng ta cùng nhau tìm hiểu nhé:
>>> Lớp Tổng ôn và Luyện đề Tốt nghiệp THPT 2023 môn Vật lý thầy Ngọ
I. Trong đời sống, dao động là gì?
Dao động là sự lặp đi lặp lại nhiều lần một trạng thái bình thường của một vật nào đó.
Chúng ta có thể gặp phải rất nhiều các dao động trong đời sống hàng ngày, dao đông của con lắc đồng hồ, dao động của cầu khi xe vừa chạy qua hay dao động của dòng điện trong mạch….
II. Trong cơ học, dao động là gì?
Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian và lặp đi lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng. Dao động cơ học là một biến thiên liên tục giữa 2 năng lượng động năng và thế năng
Các loại dao động trong cơ học vật lý là:
1. Dao động tự do
Dao động mà chu kì dao động của vật chỉ phụ thuộc các đặc tính của hệ dao động, không phụ thuộc vào bất kì các yếu tố bên ngoài được gọi là dao động tự do. Chu kì giao động tự do đó gọi là chu kì dao động riêng.
Con lắc lò xo là một ví dụ vì
2. Dao động tắt dần
a. Định nghĩa
Là dao động mà ở đó biên độ giảm dần theo thời gian.
b. Nguyên nhân
Do có lực ma sát của môi trường lên cơ hệ. Lực này sẽ thực hiện công âm làm cơ năng của con lắc sẽ giảm dần. Ma sát càng lớn. dao động ngừng lại càng nhanh.
c. Chú ý khi làm bài tập
Liên hệ giữa độ giảm cơ năng và độ giảm biên độ:
3. Dao động duy trì
a. Định nghĩa
Là dao động có biên độ không có đổi theo thời gian
b. Nguyên tắc duy trì dao động
Về nguyên tắc ta phải tác dụng vào con lắc một lực tuần hoàn với tần số bằng tần số riêng. Lực này phải nhỏ sao cho không làm biến đổi tần số riêng của con lắc, cung cấp cho nó một năng lượng đúng bằng phần năng lượng sẽ bị tiêu hao sau mỗi nửa chu kì.
4. Dao động cưỡng bức
a. Định nghĩa
Dao động cưỡng bức là dao động luôn chịu tác dụng từ ngoại lực biến thiên tuần hoàn, biểu thức lực có dạng là:
F = F0cos[ωt + φ].
b. Đặc điểm:
Có 2 đặc điểm chính của dao động cưỡng bức như sau:
* Về tần số: Trong khoảng thời gian ban đầu nhỏ, dao động của vật sẽ là một dao động phức tạp vì đó là sự tổng hợp của dao động riêng và của dao động do ngoại lực gây ra. Sau khoảng thời gian nhỏ này, dao động riêng bị tắt dần hẳn, chỉ còn lại dao động do tác dụng của ngoại lực gây ra và đó là dao động cưỡng bức, dao động cưỡng bức này có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.
* Về biên độ: Dao động cưỡng bức sẽ có biên độ phụ thuộc vào F0, vào ma sát và đặc biệt sẽ phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa tần số f của lực cưỡng bức và tần số riêng f0 của hệ. Nếu tần số f càng gần với tần số riêng f0 thì biên độ của dao động cưỡng bức sẽ càng tăng, và nếu f ≈ f0 thì xảy ra cộng hưởng.
Chú ý: Dao động duy trì và dao động cưỡng bức có những sự khác biệt sau:
– Về sự bù đắp năng lượng:
+ Tự dao động: cung cấp một lần năng lượng, sau đó hệ sẽ tự bù đắp năng lượng từ từ cho con lắc.
+ Dao động cưỡng bức: sẽ bù đắp năng lượng cho con lắc từ từ trong từng chu kì và do ngoại lực thực hiện thường xuyên.
– Về tần số:
+ Tự dao động: dao động duy trì và theo tần số f0 của hệ.
+ Dao động cưỡng bức: dao động duy trì và theo tần số f của ngoại lực.
c. Sự cộng hưởng
– Định nghĩa. Cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức sẽ tăng nhanh đột ngột đến một giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của f0 của hệ.
– Đặc điểm: Hiện tượng thể hiện rõ nét nếu lực cản của môi trường là nhỏ.
– Ứng dụng của cộng hưởng:
* Cộng hưởng có lợi:
– Với một lực nhỏ có thể tạo dao động có biên độ vô cùng lớn. Ví dụ một em nhỏ cần đưa võng cho người lớn, sức của em bé chỉ có hạn nên không thế đấy võng lên cao ngay được, nhưng nếu em bé đẩy võng bằng đúng xung nhịp mà tần số bằng tần số riêng của võng thì có thể đưa võng lên rất cao.
– Bản thân dây đàn phát ra âm rất nhỏ, nhưng nhờ bầu đàn đóng vai trò hộp cộng hưởng mà âm phát ra to hơn rất nhiều.
* Cộng hưởng có hại: Mọi vật đàn hồi đều là hệ dao động và đều có tần số riêng của nó. Đó có thể là chiếc cầu, bệ máy, khung xe, thành tàu, vv…. Nếu vì một lý do nào đó chúng dao động cộng hưởng với một vật dao động khác, như vậy làm chúng rung lên rất mạnh và có thể bị gãy, đổ.
Trên đây là những nội dung mà Kiến muốn chia sẻ đến các bạn. Hy vọng qua bài viết, các bạn sẽ tự trả lời được câu hỏi dao động là gì? Có nắm rõ và lý giải được bản chất của dao động, thì các bạn sẽ có cơ sở làm các bài tập của chương và các chương liên quan. Nếu như các bạn ham học hỏi muốn tìm hiểu thêm, hãy đọc thêm những bài viết khoa học về dao động hay trong những bài viết tiếp theo của trên trang của Kiến Guru. Chúc các bạn học tập tốt.