Lý thuyết dao động tắt dần dao động duy trì và dao động cưỡng bức hay chi tiết nhất

Trong bài viết ngày hôm nay, HocThatGioi sẽ giới thiệu cho các bạn về 3 loại dao động cơ, đó là dao động tắt dần dao động duy trì và dao động cưỡng bức. Vậy các loại dao động ấy là gì? có các tính chất gì? Có ứng dụng trong thực tế như thế nào? Bây giờ hãy cùng HocThatGioi bắt đầu tìm hiểu bài học ngay nào!

1. Dao động tắt dần

1.1 Định nghĩa dao động tắt dần

Trên thực tế, bất kì chuyển động nào cũng tạo ra ma sát, làm cản trở chuyển động, biến năng lượng của vật thành nhiệt năng. 

Lấy ví dụ về con lắc lò xo, khi kéo con lắc khỏi vi trị cần bằng, ta có cơ năng W=1/2 kA^2. Càng dao động thì biên độ con lắc lò xo càng giảm và đến một lúc nào đó thì dừng lại. Nguyên nhân là do lực ma sát chuyển hóa thành nội năng giữa con lắc lò xo và giá đỡ. Cơ năng giảm, mà độ cứng không đổi, ta suy ra biên độ của con lắc giảm.

=> Đây là một trường hợp về dao động tắt dần

Định nghĩa dao động tắt dần: Dao động tắt dần là dao động có biên độ (hoặc năng lượng) giảm dần theo thời gian do tác dụng của lực ma sát

Khi lực ma sát càng nhỏ, dao động tắt dần càng chậm, và ngược lại.

Chú ý: Dao động tắt dần càng nhanh theo thứ tự môi trường: không khí, nước, dầu,…(mật độ vật chất trong môi trường càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh)

1.2 Ứng dụng dao động tắt dần

Dao động tắt dần vừa có lợi vừa có hại tùy vào mỗi trường hợp

Ví dụ về có lợi: Bộ phận giảm xóc xe máy, bộ phận đóng khép cửa tự động,….

Ví dụ về có hại: Đồng hồ quả lắc dao động một lúc rồi dừng lại

2. Dao động duy trì

2.1 Định nghĩa dao động duy trì

Khi không muốn dao động tắt dần, người ta thực hiện dao động duy trì cho vật.

Định nghĩa: Dao động duy trì là dao động được cung cấp phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng mất đi sau mỗi chu kỳ.

Bộ phận cung cấp năng lượng nằm bên trong hệ

2.2 Tính chất dao động tắt dần

Dao động duy trì có tần số, chu kỳ, tần số góc giống với dao động điều hòa

Từ đây ta có thêm khái niệm dao động tự do: Dao động chỉ chịu tác dụng của nội lực hay chu kì và tần số của vật chỉ phụ thuộc vào đặc tính riêng của vật (Ví dụ: Con lắc lò xo)

Người ta còn nói dao động duy trì là sự tự dao động. Bộ phận cung cấp năng lượng nằm trong hệ nên khi ta kích thích lần đầu, vật sẽ tự dao động.

2.3 Ứng dụng dao động tắt dần

Ví dụ: con lắc đồng hồ,….

3. Dao động cưỡng bức

3.1 Định nghĩa dao động cưỡng bức

Dao động cưỡng bức là dao động chịu tác dụng của một ngoại lực tuần hoàn F=F_0 cosωt (Trong chương trình phổ thông, ta coi dao động cưỡng bức là dao động điều hòa). F_0 là biên độ ngoại lực, là tần số góc của ngoại lực

Ví dụ: Kéo một con lắc lò xo rồi thả ra. Con lắc lò xo sẽ dao động tắt dần, bây giờ ta đặt một lực do tay ta tạo ra lên con lắc. Khi đó dao động này gọi là dao động cưỡng bức, do vật dao động phụ thuộc vào lực do tay ta tạo nên, tần số bằng tần số  ngoại lực cưỡng bức.

ω=Ω

3.2 Tính chất dao động cưỡng bức

Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào Ω, ω và tỉ lệ với Ω, ω

|ω-Ω| càng lớn thì A càng nhỏ và ngược lại.

4. Sự cộng hưởng dao động

4.1 Định nghĩa sự cộng hưởng:

Cộng hưởng là hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức đạt cực đại khi tần số của ngoại lực bằng tần số riêng

Ví dụ: Một con lắc lò xo có tần số góc bằng 10 rad. Người ta làm thí nghiệm và thấy rằng khi tần số ngoại lực bằng 10 rad thì biên độ của con lắc lò xo đạt cực đại

Trong xây dựng, người ta rất chú ý đến sự cộng hưởng. Mỗi vật đều có tần số riêng, giả dụ khi xây cầu mà để xảy ra hiện tượng cộng hưởng thì rất dễ sụp đổ vì nó dao động với biên độ lớn.

4.2 Tính chất cộng hưởng

Khi biên độ cưỡng bức lớn nhất và ω=Ω => xảy ra hiện tượng cộng hưởng

4.3 Ứng dụng cộng hưởng

Hiện tượng cộng hưởng có rất nhiều ứng dụng trong y học, điện lực, truyền hình,xây dựng. Có thể kể đến một vài ứng dụng tiêu biểu như: Máy chụp cộng hưởng từ sử dụng trong y học để chụp ảnh các cơ quan nội tạng bên trong con người.

Hay máy thu sóng điện từ như radio, tivi sử dụng hiện tượng cộng hưởng để chọn thu và khuếch đại các sóng điện từ có tần số thích hợp; mạch khuếch đại trung cao tần sử dụng cộng hưởng khuếch đại các âm thích hợp.

Tuy nhiên hiện tượng cộng hưởng cũng có hại. Những hệ dao động như tòa nhà, khung xe,… đều có tần số riêng. Phải làm sao cho để các hệ này không chịu tác dụng của các lực cưỡng bức có tần số bằng tần số riêng. Nếu không các hệ này sẽ dễ vỡ, sụp đổ.

Lấy ví dụ vào thế kỉ XIX, một quân đoàn Nga đi đều bước  qua một cây cầu và không may tần số bước chân của quân đoàn lại bằng tần số riêng của cây cầu và tai nạn không mong muốn đã xảy ra. Từ đó quân đội Nga không còn quy định mỗi khi đi qua cầu nữa.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lý thuyết dao động tắt dần dao động duy trì và dao động cưỡng bức hay chi tiết nhất. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!