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
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….
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:
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
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:
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.
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.