Vat ly 12 Phần I Dao động cơ học Chương I - Dao động cơ học Chưong II - Sóng cơ học. Âm học Chương III - Dao động điện. Dòng điện xoay chiều Chương IV - Dao động điện từ. Sóng điện tử Phần III - Quang học Chương V - Sự phản xạ và sự khúc xạ ánh sáng Chưong VI - Mắt và các dụng cụ quang học Chương VII - Tính chất sóng của ánh sáng Chương VIII - Lượng tử ánh sáng Phần IV- Vật lý hạt nhân Chương IX - Những kiến thức sơ bộ về hạt nhân nguyên tử Khi có gió nhẹ, bông hoa lay động trên cành cây. Quả lắc của đồng hồ treo tường đung đưa sang trái, sang phải. Trên mặt hồ gợn sọng, mẩu gỗ nhỏ bồng bềnh, nhấp nhô. Chiếc dây đàn ghi ta khi gẩy mạnh rung động trên mặt đàn. ở những thí dụ trên, vật chỉ chuyển động trong một vùng không gian hẹp, không đi quá xa khỏi một vị trí cân bằng nào đó. Chuyển động như vậy được gọi là dao động. Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng. Vị trí đó thường là vị trí của vật khi nó đứng yên: lúc không có gió lay cành cây, đồng hồ không chạy, mặt hồ phẳng lặng, dây đàn không rung. Ddth Dao động tuần hoàn Quan sát dao động của một quả lắc đồng hồ, ta thấy, thí dụ, cứ sau một khoảng thời gian nhất định bằng 0,5 giây nó lại đi qua vị trí thấp nhất và chuyển động từ trái sang phải. Dao động như vậy được gọi là dao động tuần hoàn. Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái chuyển động của vật được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau. Khoảng thời gian T ngắn nhất sau đó trạng thái dao động lặp lại như cũ gọi là chu kì của dao động tuần hoàn. Đại lượng f = 1/T chỉ rõ số lần dao động (tức là số lần trạng thái dao động lặp lại như cũ) trong một đơn vị thời gian được gọi là tần số của dao động tuần hoàn. Đơn v ị tần số là hec (kí hiệu: Hz). Trong thí dụ trên, chu kì của quả lắc là T = 0,5s, tần số của nó là f =1/0,5=2Hz, nghĩa là quả lắc thực hiện 2 dao động trong 1 giây. Dao động của dây đàn không đuy trì mãi mãi. Nó giảm dần rồi tắt hẳn. Nhưng nếu xét dao động của dây đàn trong một thời gian rất ngắn, ta có thể coi nó gần đúng là dao động tuần hoàn. Dao động của bông hoa trên cành cây, mẩu gỗ trên mặt hồ, không phải là dao động tuần hoàn. Con lắc lò xo. Dao động điều hoà Xét một con lắc lò xo gồm một hòn bi khối lượng m gắn v o mà ột lò xo khối lượng không đáng kể, đặt nằm ngang (h.1.1a). Trong hòn bi có một cái rãng cho phép nó chuyển động không ma sát dọc theo một thanh nằm ngang cố định. Chọn trục toạ độ trùng với thanh ngang, hướng từ trái sang phải, và gốc toạ độ O l và ị trí của hòn bi khi nó đứng yên. Kéo hòn bi lệch sang phía phải bằng một lực F, rồi buông tay ra (h.1.1b) trên hình không vẽ lò xo). Ta thấy hòn bi chuyển động về phía O, vượt qua vị trí cân bằng O, sau đó dừng lại rồi lại chuyển động ngược về phía O. Chuyển động đó được lặp lại nhiều lần, tức l hòn bi dao à động xung quanh vị trí cân bằng O. Chúng ta sẽ xét dao động đó. Khi hòn bi được kéo tới toạ độ x, các lực tác dụng v o nó gà ồm lực kéo F, lực d n hà ồi F của lò xo, trong lực v phà ản lực của thanhngang ( hai lực n y không và ẽ trên hình). Trọng lực v phà ản lực của thanh ngang tác đụng theo chiều thẳng dứng, cân bằng nhau và không ảnh hưởng gì đến chuyển đodọng ngang của hòn bi. Khi ta buông tay ra, chỉ còn một lực duy nhất tác động đến chuyển động của hòn bi là lực đ n hà ồi F. Trong giới hạn đ n hà ồi của lò xo, lực F luôn luôn tỉ lệ với độ dịch chuyển x của hòn bi khỏi vị trí cân bằng (cũng l à độ biến dạng của lò xo), v hà ướng về điểm cân bằng O. Vì F nằm trên trục toạ độ, ta viết được: F = - kx ở đây k l hà ệ số đ n hà ồi (độ cứng) của lò xo, v à đấu trừ chỉ rằng lực F tác dụng ngược chiều với độ dịch chuyển x của hòn bi. Theo định luật Niutơn II, ta viết được: F = ma Hay: ma = - kx a = - kx /m Ta biết rằng vận tốc v gia tà ốc được định nghĩa bằng các công thức v = ∆x /∆t v a =à ∆v /∆t. Nếu xét chuyển động trong một khoảng thời gian ∆t vô cùng nhỏ thì ∆x/∆t trở th nh à đạo h m cà ủa x đối với thời gian: v = x’; ∆v/∆t trở th nh à đạo h m cà ủa v đối với thời gian a = v’, tức l à đạo h m bà ậc hai của x đối với thời gian : a = x”. Do đó ta viết được: x’’ = -kx/m Đặt ω = , ta có: x’’ +ω 2 x = 0 Có thể chứng tỏ được rằng nghiệm của nó có dạng: x = Asin (ωt + φ) (1-3) trong đó A v à φ l nhà ững hằng số v à ω = Vi h m sin l mà à ột h m à điều ho , ta nói rà ằng dao động của hòn bi (tức l dao à động của con lắc lò xo) l mà ột dao động điều ho . Chú ý rà ằng một biểu thức dạng cosin có thể biến đổi th nh mà ột biểu thức dạng sin Acos (ωt +ϕ) = Asin(ωt + ϕ + π/2) Vì vậy, người ta định nghĩa dao động điều ho l mà à ột dao động được mô tả bằng một định luật dạng sin (hoặc cosin), trong đó A, ω, φ l nhà ững hằng số. Trong phương trình (1-3), x l li à độ của dao động, nó chỉ rõ độ lệch của vật khỏi vị trí cân bằng. A l biên bà ộ của dao động. Nó l giá trà ị cực đại của li độ, khi sin (ωt + φ) có giá trị cực đại bằng 1. Chúng ta biết rằng h m sin l mà à ột h m tuà ần ho n có chu kì bà ằng 2π. Vì vậy, ta viết được: X = A sin (ωt + φ) = A sin(ωt + 2π + φ) Điều đó có nghĩa l li à độ của dao động ở thời điểm t + 2π/ω cũng bằng liđộ của nó ở thời điểm t. Khoảng thời gian T = 2π/ω được gọi là chu kì của dao động điều ho .à Nghịch đảo của T, tức l là ượng f= 1/T = ω/2π được gọi l tà ần số của dao động điều hoà. Đối với con lắc lò xo, ta có. Bây giờ chúng ta rút con lắc lò xo ra khỏi thanh ngang v treo thà ẳng đứng nó lên (h.1.1c). Nếu ta kéo hòn bi xuống phía dưới rồi buông tay ra, nó sẽ dao đodọngtheo phương thẳng đứng. Đó cũng l mà ột con lắc lò xo. Tất cả những điều ta đã nói về con lắc lò xo dao động theo phương nằm ngang đều có thể áp dụng được cho con lắc lò xo dao động theo phương thẳng đứng. Nhưng ở đây vị trí cân bằng không phải l à điểm O ứng với lúc lò xo chưa bị giãn, m l à à điểm O’ ứng với lúc lò xo đã giãn ra do trọng lượng của hòn bi. . Vat ly 12 Phần I Dao động cơ học Chương I - Dao động cơ học Chưong II - Sóng cơ học. Âm học Chương