Buzz
1. Dao động tắt dần
1.1. Định nghĩa
Dao động tắt dần là hiện tượng mà biên độ của dao động giảm dần theo thời gian. Chu kỳ và tần số của dao động tắt dần không phụ thuộc vào chu kỳ và tần số của dao động riêng của vật. Có hai loại dao động tắt dần: Dao động tắt dần nhanh và Dao động tắt dần chậm.
1.2. Nguyên nhân:
Do ảnh hưởng của lực cản từ môi trường (lực ma sát)
1.3. Đặc điểm:
- Biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian
- Dao động tắt dần, thiếu tính điều hòa
- Dao động tắt dần chậm có chu kỳ tương đương với chu kỳ riêng của hệ
- Khi lực cản môi trường tăng (tức độ nhớt cao hơn), dao động tắt dần xảy ra nhanh hơn. Độ nhớt tăng theo thứ tự: không khí, nước, dầu, dầu rất nhớt
1.4. Ứng dụng:
- Trong đồng hồ cơ, sự tắt dần của dao động có thể gây ảnh hưởng xấu
- Các thiết bị tự đóng cửa, hệ thống giảm xóc trên ô tô, xe máy,... là những ứng dụng hữu ích của dao động tắt dần
2. Dao động duy trì
2.1. Định nghĩa:
Dao động duy trì là dao động được cung cấp năng lượng để bù đắp cho phần năng lượng bị mất do ma sát mà không làm thay đổi chu kỳ riêng của nó.
Tần số của dao động duy trì bằng với tần số dao động riêng của hệ: f = fo
2.2. Đặc điểm:
- Biên độ giữ nguyên, không phụ thuộc vào lực tác động bên ngoài
- Chu kỳ của dao động duy trì tương ứng với chu kỳ riêng của hệ
Chú ý: Dao động duy trì có lực tác động bên ngoài, và lực này được điều chỉnh bởi hệ thống qua một cơ cấu. Ví dụ: Dao động của con lắc đồng hồ là dao động duy trì.
3. Dao động cưỡng bức
3.1. Định nghĩa:
Dao động cưỡng bức là dạng dao động bị ảnh hưởng bởi một lực cưỡng bức tuần hoàn, được tạo ra bằng cách áp dụng một lực biến thiên tuần hoàn theo thời gian lên hệ. Lực này cung cấp năng lượng để bù đắp cho phần năng lượng mất mát do ma sát. Dao động của hệ được gọi là dao động cưỡng bức.
Trong đó:
F: Lực tác động bên ngoài
Fo: Biên độ của dao động cưỡng bức
- Biên độ không thay đổi
- Chu kỳ dao động trùng với chu kỳ của lực cưỡng bức
Chú ý:
Biên độ của dao động cưỡng bức tỉ lệ thuận với biên độ của lực cưỡng bức
Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của lực cưỡng bức f và tần số riêng fo của hệ: khi độ chênh lệch |f-fo| càng nhỏ, biên độ dao động càng lớn và ngược lại.
Biên độ của dao động cưỡng bức còn phụ thuộc vào lực cản của môi trường.
Trong đó: đường (1): lực cản môi trường lớn; đường (2): lực cản môi trường nhỏ
3.3. Cộng hưởng
- Hiện tượng khi biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng fo của hệ được gọi là hiện tượng cộng hưởng. Điều kiện cộng hưởng là: f=fo
- Biên độ dao động cưỡng bức trong trường hợp cộng hưởng phụ thuộc vào độ nhớt (hay ma sát) của môi trường và biên độ của lực tác động.
- Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng: Các công trình như toà nhà, cầu, bệ máy, khung xe đều là những hệ dao động có tần số riêng. Trong y học, hiện tượng này được sử dụng để chụp ảnh các cơ quan nội tạng. Trong đời sống, các thiết bị như radio, tivi dùng hiện tượng cộng hưởng để chọn thu và khuếch đại sóng điện từ có tần số phù hợp. Mạch khuếch đại trung cao tần cũng sử dụng hiện tượng cộng hưởng để khuếch đại âm thanh mong muốn.
- Cần cẩn trọng để tránh việc các thiết bị phải chịu tác động của lực cưỡng bức mạnh có tần số bằng hoặc gần bằng tần số riêng của chúng, vì điều này có thể gây ra cộng hưởng, dẫn đến dao động mạnh mẽ làm hỏng thiết bị như đàn guitar, violin... Cần đảm bảo tần số dao động riêng khác biệt nhiều so với tần số của lực cưỡng bức thường xuyên tác động.
Sự cộng hưởng vừa mang lại lợi ích, vừa có thể gây hại. Chúng ta cần nhìn nhận mặt tích cực của cộng hưởng để áp dụng và tận dụng nó một cách hiệu quả trong cuộc sống.
Chú ý: Phân biệt giữa dao động cưỡng bức và dao động duy trì.
Trước tiên, hai loại dao động này có những điểm giống nhau như sau:
- Cả hai loại dao động đều xảy ra dưới tác động của lực bên ngoài
- Khi cộng hưởng với dao động duy trì, cả hai loại dao động đều được điều chỉnh sao cho tần số của lực bên ngoài bằng với tần số dao động tự do của hệ
Sự khác biệt giữa hai loại dao động:
BÀI TẬP LUYỆN TẬP
Câu 1: Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là:
A. Biên độ và gia tốc
B. Lực và tốc độ
C. Biên độ và năng lượng
D. Biên độ và tốc độ.
Lời giải: Theo định nghĩa về dao động tắt dần, biên độ và năng lượng giảm liên tục theo thời gian. Chọn C
Câu 2: Đối với dao động cưỡng bức, phát biểu nào dưới đây là chính xác?
A. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức
B. Biên độ dao động cưỡng bức chính là biên độ của lực cưỡng bức
C. Dao động cưỡng bức có biên độ không thay đổi và tần số bằng tần số của lực cưỡng bức
D. Dao động cưỡng bức có tần số nhỏ hơn tần số của lực cưỡng bức.
Lời giải: Chọn A
A. Đúng, vì dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức
B. Sai, vì biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của ngoại lực và tỷ lệ với biên độ của ngoại lực
C. Sai, vì biên độ của dao động cưỡng bức thay đổi và đạt cực đại khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng
D. Sai, vì tần số của dao động cưỡng bức chính là tần số của lực cưỡng bức.
Câu 3: Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ, vật sẽ tiếp tục dao động
A. Với tần số bằng tần số dao động riêng
B. Nhưng không chịu tác động của ngoại lực
C. Với tần số cao hơn tần số dao động riêng
D. Với tần số thấp hơn tần số dao động riêng
Lời giải: Khi hiện tượng cộng hưởng cơ xảy ra, vật vẫn tiếp tục dao động với tần số cao hơn tần số dao động riêng. Chọn C
Câu 4: Nhận định nào sau đây là sai về dao động cơ học tắt dần?
A. Trong dao động tắt dần, cơ năng giảm dần theo thời gian
B. Khi lực ma sát tăng, dao động tắt dần sẽ nhanh hơn
C. Dao động tắt dần là loại dao động có biên độ giảm dần theo thời gian
D. Dao động tắt dần có động năng giảm dần trong khi thế năng biến thiên đều đặn.
Lời giải: Chọn D
A. Đúng, vì cơ năng tỷ lệ thuận với bình phương biên độ, do đó cơ năng giảm nhanh hơn biên độ.
B. Đúng, vì nguyên nhân của hiện tượng tắt dần là lực cản của môi trường, nên khi lực cản lớn hơn, dao động tắt dần nhanh hơn.
C. Đúng, theo định nghĩa, dao động tắt dần là loại dao động mà biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian.
D. Sai, vì dao động tắt dần không còn tính tuần hoàn, nên động năng và thế năng biến thiên không tuần hoàn mà không điều hòa.
Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về dao động tắt dần?
A. Dao động dần tắt và biên độ giảm theo thời gian
B. Cơ năng của vật dao động dần tắt không thay đổi theo thời gian
C. Lực cản môi trường tác động lên vật luôn thực hiện công dương
D. Dao động dần tắt chỉ chịu ảnh hưởng của nội lực
Lời giải: Chọn A
A. Đúng vì theo định nghĩa: Dao động tắt dần có biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian
B. Sai, vì biên độ giảm dần theo thời gian, nên cơ năng của vật dao động cũng giảm dần, vậy cơ năng dao động tắt dần thay đổi theo thời gian
C. Sai, vì lực cản từ môi trường tác động lên vật luôn thực hiện công âm
D. Sai, vì dao động tắt dần là dao động chỉ chịu tác dụng của lực cản từ môi trường.
Dao động cưỡng bức, dao động tắt dần, dao động duy trì là những loại dao động phổ biến, thường gặp và ứng dụng trong đời sống xung quanh chúng ta. Đây là bài viết của Mytour trả lời cho câu hỏi Dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức là gì? Hy vọng bài viết sẽ mang lại thông tin hữu ích cho bạn đọc.
