Vậy dao động tắt dần, dao động cưỡng bức là gì? được ứng dụng gì trong thực tế và điều kiện nào thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng dao động, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết này và vận dụng giải một số bài tập cơ bản để hiếu rõ hơn nội dung lý thuyết.
I. Dao động tắt dần là gì?
Bạn đang xem : Dao động Tắt Dần, Dao động Cưỡng Bức là gì ? Sự Cộng hưởng Dao động và bài tập – Vật lý 12 bài 4
1. Định nghĩa dao động tắt dần
– Trong thực tế, khi kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả cho nó dao động, ta thấy biên độ dao động giảm gọi là dao động tắt dần.
– Tại sao dao động lại tắt dần ? Bởi khi con lắc dao động, nó chịu lực cản của không khí. Lực cản này cũng là một loại lực ma sát làm tiêu tốn cơ năng của con lắc, chuyển hóa cơ năng từ từ thành nhiệt năng. Vì thế, biên độ dao động của con lắc giảm dần và ở đầu cuối con lắc dừng lại .
3. Ứng dụng của dao động tắt dần
– Trong trong thực tiễn dao động tắt dần được ứng dụng sản xuất những thiết bị như cửa đóng tự động hóa, giảm xóc xe máy, xe hơi, … đây là những dao động tắt dần có lợi .
– Nếu sự tắt dần là có hại thì ta phải chống lại sự tắt dần bằng cách phân phối thêm nguồn năng lượng cho hệ dao động như dao động tắt dần của Con lắc đồng hồ đeo tay, …
II. Dao động duy trì
– Muốn giữ cho biên độ dao động của con lắc không đổi mà không làm biến hóa chu kì dao động riêng của nó, người ta dùng một thiết bị phân phối cho nó một phần nguồn năng lượng đúng bằng phần nguồn năng lượng tiêu tốn do ma sát sau mỗi chu kì, Dao động này gọi là dao động duy trì .
– Dao động của con lắc đồng hồ đeo tay là dao động duy trì .
III. Dao động cưỡng bức
1. Định nghĩa dao động cưỡng bức
– Cách đơn thuần nhất làm cho một hệ dao động không tắt là tính năng vào nó một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn. Lực này phân phối nguồn năng lượng cho hệ để bù lại phần nguồn năng lượng mất mát do ma sát. Dao động của hệ gọi là dao động cưỡng bức .
2. Ví dụ về dao động cưỡng bức
– Khi đến bến, xe buýt chỉ tạm dừng nên không tắt máy, thân xe dao động. Đó là dao động cưỡng bức dưới công dụng của lực cưỡng bức tuần hoàn gây ra bởi hoạt động của pit-tông trong xilanh của máy nổ .
3. Đặc điểm của dao động cưỡng bức
– Biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức .
– Biên độ không chỉ phụ thuộc vào vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn nhờ vào 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 .
IV. Hiện tượng cộng hưởng (sự cộng hưởng)
1. Định nghĩa hiện tượng cộng hưởng
– Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực lớn khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng kỳ lạ cộng hưởng .
– Như vậy, hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi: f = f0 hay nói cách khác, điều kiện của sự cộng hưởng là: f = f0
2. Giải thích hiện tượng cộng hưởng
– Khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động thì hệ được phân phối nguồn năng lượng một cách uyển chuyển đúng lúc, do đó biên độ dao động của hệ tăng dần lên. Biên độ dao động đạt tới giá trị không đổi và cực lớn khi vận tốc tiêu tốn nguồn năng lượng do ma sát bằng vận tốc cung ứng nguồn năng lượng cho hệ .
3. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng
– Sự cộng hưởng có hại: Những hệ dao động như tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe,… đều có tần số riêng. Phải cẩn thận không để cho các hệ ấy chịu tác dụng của các lực cưỡng bức mạnh có tần số bằng tần số riêng ấy. Nếu không, nó làm cho các hệ ấy dao động mạnh, dẫn đến đổ hoặc gãy.
– Sự cộng hưởng có lợi: Hiện tượng cộng hưởng được ứng dụng để làm hộp đàn của các đàn ghita, violon,…
V. Bài tập về dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và sự cộng hưởng
° Bài 1 trang 21 SGK Vật lý 12: Nêu đặc điểm của dao động tắt dần. Nguyên nhân của nó là gì?
* Lời giải bài 1 trang 21 SGK Vật lý 12:
– Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời hạn, dao động tắt dần không có tính điều hòa. Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực cản của môi trường tự nhiên. Lực cản thiên nhiên và môi trường càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh .
° Bài 2 trang 21 SGK Vật lý 12: Nêu đặc điểm của dao động duy trì?
* Lời giải bài 2 trang 21 SGK Vật lý 12:
• 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 trợ nguồn năng lượng là để duy trì dao động chứ không làm đổi khác đặc tính cấu trúc, không làm đổi khác bin 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 bài 3 trang 21 SGK Vật lý 12:
• Đặc điểm của dao động cưỡng bức :
– Là dao động chịu tính năng của ngoại lực biến thiên tuần hoàn theo thời hạn F = F0cos ( ωt + φ ) với F0 là biên độ của ngoại lực .
– Ban đầu dao động của hê là một dao động phức tạp do sự tổng hợp của dao động riêng và dao động cưỡng bức sau đó dao động riêng tắt dần vật sẽ dao động không thay đổi với tần số của ngoại lực .
– Biên độ của dao động cưỡng bức tăng nếu biên độ ngoại lực ( cường độ lực ) tăng và ngược lại .
– Biên độ của dao động cưỡng bức giảm nếu lực cản môi trường tự nhiên tăng và ngược lại .
– Biên độ của dao động cưỡng bức tăng nếu độ chênh lệch giữa tần số của ngoại lực và tần số dao động riêng giảm .
° 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 bài 4 trang 21 SGK Vật lý 12:
– Sự cộng hưởng là hiện tượng kỳ lạ biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến một giá trị cực lớn 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 hoàn toàn 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 hoàn toàn có thể dao động cộng hưởng nhiều tần số dao động khác nhau .
° Bài 5 trang 21 SGK Vật lý 12: Một con lắc dao động tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ giảm 3%. Phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động toàn phần là bao nhiêu?
A. 3 % B. 9 % C. 4,5 % D. 6 %
* Lời giải Bài 5 trang 21 SGK Vật lý 12:
– Đáp án đúng : D. 6 %
– Năng lượng trong một dao động toàn phần (một chu kì): 
– Sau mỗi chu kì biên độ giảm 3 %, nên nguồn năng lượng toàn phần sau mỗi chu kì :
⇒ Năng lượng bị mất trong một dao động toàn phần :
° Bài 6 trang 21 SGK Vật lý 12: Một con lắc dài 44cm được treo vào trần của một toa xe lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh của toa xe gặp chỗ nối nhau của đường ray. Hỏi tàu chạy thẳng đều với tốc độ bao nhiêu thì biên độ dao động của con lắc sẽ lớn nhất? Cho biết chiều dài của mỗi đường ray là 12,5m. Lấy g = 9,8 m/s2.
A. 10,7 km / h B. 40 km / h
C. 106 km / h D. 45 km / h
* Lời giải bài 6 trang 21 SGK Vật lý 12:
– Đáp án đúng : B. 40 km / h
– Con lắc dao động cưỡng bức mỗi khi toa xe đi qua chỗ nối hai thanh .
– Chu kỳ dao động là chu kỳ luân hồi chu kỳ luân hồi của ngoại lực chính là thời hạn bánh xe đi hoạt động từ khớp nối này sang khớp nối sau đó là :
– Con lắc dao động mạnh nhất khi chu kỳ luân hồi ngoại lực bằng chu kỳ luân hồi dao động riêng của con lắc :
Hy vọng với bài viết về dao động tắt dần, dao động cưỡng bước, sự cộng hưởng của dao động và vận dụng giải bài tập ở trên hữu ích với các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Hay Học Hỏi ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
|
¤ Bài viết cùng chương xem nhiều: » Bài 6 : Thực Hành Khảo Sát Thực Nghiệm Các Định Luật Dao Động Của Con Lắc Đơn ¤ Bài viết khác cầm xem: |
Đăng bởi : trung học phổ thông Sóc Trăng
Chuyên mục : Giáo Dục
Source: http://139.180.218.5
Category: Thuật ngữ đời thường