Dao động toàn phần là một định nghĩa nhỏ trong chương trình học vật lý lớp 12. Dường như đây là một khái niệm được lướt qua nhiều nhất trong chương trình học và cũng ít ai để ý thực chất đó là gì. Vì vậy, hôm nay Kiến Guru muốn chia sẻ đến các bạn ham học hỏi bản chất của dao động? Và vì sao lại được gọi là toàn phần. Chúng ta cùng bắt đầu tìm hiểu nhé:
>>> Lớp Tổng ôn và Luyện đề Tốt nghiệp THPT 2023 môn Vật lý thầy Ngọ - Kienguru
Khi bạn gảy dây đàn guitar, âm thanh phát ra có âm sắc đều và kéo dài. Mỗi lần rung liên tiếp của và cùng thời gian với lần trước. Định nghĩa chuyển động định kỳ là một chuyển động lặp đi lặp lại theo các khoảng thời gian đều đặn, chẳng hạn như được thể hiện bằng dây đàn guitar hoặc bởi một vật thể trên lò xo di chuyển lên xuống. Và mỗi lần chuyển động hoàn thành xong một chu kỳ của nó thì ta gọi đó là một dao động toàn phần. Thời gian để hoàn thành một dao động toàn phần đó là không đổi và được gọi là chu kỳ T. Đơn vị của nó thường là giây, nhưng có thể là bất kỳ đơn vị tính thời gian nào để thuận tiện. Thời gian từ đề cập đến thời gian cho một số sự kiện cho dù lặp đi lặp lại hay không; nhưng chúng ta sẽ chủ yếu quan tâm đến chuyển động định kỳ, theo định nghĩa lặp đi lặp lại. Một khái niệm liên quan chặt chẽ đến thời kỳ là tần suất của một sự kiện.
Ví dụ: nếu bạn nhận được tiền lương hai lần một tháng, tần suất thanh toán là hai lần mỗi tháng và khoảng thời gian giữa các lần thanh toán sẽ là nửa tháng. Tần số f được định nghĩa là số lượng sự kiện trên mỗi đơn vị thời gian. Đối với chuyển động định kỳ, tần số là số lượng dao động trên một đơn vị thời gian. Mối quan hệ giữa tần suất và thời gian là:
Đơn vị SI cho tần số là chu kỳ mỗi giây, được xác định là hertz (Hz):
Một chu kỳ là một dao động hoàn chỉnh. Lưu ý rằng một rung động có thể là một sự kiện đơn lẻ hoặc nhiều sự kiện, trong khi các dao động thường lặp đi lặp lại cho một số lượng đáng kể các chu kỳ.
Chúng ta có thể sử dụng các công thức được trình bày trong mô-đun này để xác định cả tần số dựa trên các dao động đã biết và dao động dựa trên một tần số đã biết. Hãy thử một ví dụ về mỗi ví dụ.
- Một thiết bị hình ảnh y tế tạo ra siêu âm bằng cách dao động với khoảng thời gian 0,400. Tần số của dao động này là gì?Hướng giải cho cả câu 1 và 2 có thể được trả lời bằng cách sử dụng mối quan hệ giữa thời gian và tần suất. Trong câu 1, khoảng thời gian T được đưa ra và chúng tôi được yêu cầu tìm tần số f. Trong câu 2, tần số f được đưa ra và chúng tôi được yêu cầu tìm khoảng thời gian T.
Giải pháp cho Câu 1 Thay thế 0.400ms cho T trong
Giải quyết tìm f = 2,50 × 106 Hz.
Thảo luận về câu 1, tần số âm thanh được tìm thấy trong câu 1 cao hơn nhiều so với tần số cao nhất mà con người có thể nghe thấy và do đó, được gọi là siêu âm. Các dao động thích hợp ở tần số này tạo ra siêu âm được sử dụng cho các chẩn đoán y tế không xâm lấn, chẳng hạn như quan sát thai nhi trong bụng mẹ.
Giải pháp cho câu 2 Xác định các giá trị đã biết:
Thời gian cho một dao động hoàn chỉnh là khoảng thời gian T:
Suy ra T:
Thay giá trị đã cho cho tần số vào biểu thức kết quả:
Thảo luận cho câu 2, khoảng thời gian tìm thấy trong câu 2 là thời gian trên mỗi chu kỳ, nhưng giá trị này thường được trích dẫn đơn giản là thời gian tính theo đơn vị thuận tiện (ms hoặc mili giây trong trường hợp này).
(a) Một chiếc xe đua sẽ chạy nhanh như thế nào nếu động cơ tám xi-lanh của nó phát ra âm thanh có tần số 750 Hz, với điều kiện là động cơ tạo ra 2000 vòng quay trên mỗi km?
(b) Động cơ quay được bao nhiêu vòng / phút?
Vậy là chúng ta đã cùng nhau đi hết ngọn ngành của dao động toàn phần. Một kiến thức tưởng chừng như đơn giản nhưng đầy những học búa và những thí vị phải không nào. Có thể nói rằng khối lượng kiến thức khổng lồ trong các bộ môn trên ghế giảng đường không thể nào truyền tải hết được trong những tiết học ngắn ngủi. Vậy nên đôi khi có những lý thuyết rất thú vị lại được lướt qua và không bao giờ quay trở lại. Hãy cùng với Kiến Guru khám phá những lý thuyết thú vị đó ở những bài viết tiếp theo nhé!