Vat ly 12.030

Ba øi DAO ĐỘNG TỰ DO – DAO ĐỘNG TẮT DẦN DAO ĐỘNG CƯỢNG BỨC – CỘNG HƯỞNG 1 Dao động tự do: a) Định nghĩa : Dao động mà chu kỳ chỉ phụ thuộc vào đặc tính của hệ, khơng phụ thuộc vào các yếu tố bên ngồi được gọi là dao động tự do b) Thí dụ: khi ma sát khơng đáng kể thì: + Con lắc lò xo dao động tự do với chu kì riêng + Con lắc đơn dao động tự do với chu kì riêng c) Điều kiện để con lắc dao động tự do là ma sát nhỏ khơng đáng kể, khi ấy, con lắc sẽ dao động mãi mãi với chu kỳ riêng . 2 Dao động tắt dần . a) Định nghĩa : Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian . b) Ngun nhân : Ngun nhân làm tắt dần dao động của con lắc là lực ma sát của mơi trường . Lực ma sát ngược chiều chuyển động gây ra cơng âm, làm giảm cơ năng của con lắc, do đó biên độ giảm theo, đến khi cơ năng triệt tiêu thì dao động tắt hẳn . + Lực ma sát càng lớn dao động tắt dần càng nhanh + Nếu ma sát q lớn , có thể khơng xảy ra dao động . Thí dụ: Con lắc lò xo dao động trong khơng khí thì dao động tắt chậm , nhưng khi dao động trong chất lỏng nhớt thì tắt rất nhanh hoặc khơng dao động được . c) Ứng dụng: Trong thực tế, có trường hợp sự tắt dần của dao động là có lợi , người ta có biện pháp tăng cường nó . Thí dụ : Ơtơ, xe máy đều có lò xo giảm xóc . Khi xe qua chỗ gồ ghề , các lò xo này bị nén lại hoặc dãn ra , làm cho khung xe dao động như con lắc lò xo. Để làm cho dao động mau chóng tắt , người ta gắn vào xe một thiết bị gồm một pit tong chuyển động được trong một xy lanh chứa đầy dầu nhớt và gắn với trục bánh xe. Khi khung xe dao động trên lò xo giảm xóc thì pit tơng dao động trong xy lanh , dầu nhớt làm cho dao động của khung xe chóng tắt . 3 Dao động cưỡng bức . a) Định nghĩa : Dao động của một hệ dưới tác dụng của một ngoại lực biến đổi tuần hồn gọi là dao động cưỡng bức . b) Đặc điểm : • Khi tác dụng lên hệ một ngoại lực biến đổi điều hồ: Fn = H 0 sin ( ω t + ϕ ) , trong khoảng thời gian đầu (t nào đó, dao động của hệ là tổng hợp của dao động riêng và dao động do ngoại lực gây ra . Sau thời gian (t, dao động riêng tắt hẳn, chỉ còn lại dao động do tác dụng của ngoại lực , đó chính là dao động cưỡng bức . Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số f của lực cưỡng bức, thường khác với tần số riêng f 0 của hệ . • Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa tần số f của lực cưỡng bức và tần số riêng f0 của hệ. Tần số f càng gần tần số riêng f 0 thì biên độ dao động cưỡng bức càng tăng . 4 cộng hưởng cơ học . a) Định nghĩa: Cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh dến một giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động . b) Đặc điểm: + Lực cản của mơi trường càng nhỏ, sự cộng hưởng thể hiện càng rõ nét (cộng hưởng rõ) O x t Ma sát nhỏ Ma sát khá lớn t x O O + Nếu lực cản của môi trường lớn , sự cộng hưỏng thể hiện không rõ (cộng hưởng mờ) c) Thí dụ về cộng hưởng cơ học : • Cộng hưởng có lợi : Một em bé cần một lực nhỏ để đưa võng cho người lớn bằng cách đẩy nhẹ chiếc võng mỗi khi nó tới vị trí cao nhất gần chỗ em đứng . Như vậy , em bé đã tác dụng vào võng một lực cưỡng bức có tần số bằng tần số riêng của võng làm cho võng dao động cưỡng bức với biên độ cực đại . • Cộng hưởng có hại : Chiếc cầu , bệ máy , khung xe … đều có tần số riêng . Nếu vì một nguyên nhân nào đó chúng dao động cộng hưởng với một dao động khác thì chúng sẽ dao động với biên độ cực đạivà có thể bị gẫy, đổ. 5 Thí nghiệm minh hoạ cho dao động cưỡng bức và cộng hưởng . • Con lắc A gồm vật m cố định và tấm nhựa mỏng N có thể tháo lấp được. Tần số f0 của con lắc A khi chưa lắp tấm N được xác định bằng đồng hồ bấm giây . • Con lắc B gồm một vật có khối lượng M>> m, di chuyển được trên thanh kim loại có chia độ để thay đổi tần số f, B nối với A bằng lò xo mềm (L) . • Cho con lắc B dao động trong mặt phẳng hình vẽ thì A sẽ chiụ lực cưỡng bức do B tác dụng qua lò xo, làm cho con lắc A dao động cưỡng bức với tần số f. • Khi thay đổi vị trí của M để thay đổi f, ta thấy lúc f~ f0 thì con lắc A dao động có biên độ lớn nhất và khi f > f0 hoặc f < f0 thì biên độ của A giảm rất nhanh . • Nếu lắp thêm tấm N vào con lắc A để tăng lực cản của không khí thì thấy A vẫn dao động cộng hưởng khi f ~ f0 , nhưng biên độ nhỏ hơn khi chưa có tấm N. A B M m N L