Hệ dao động là gì

1. Dao động duy trì

1.2  Dao động duy trì là gì?

Dao động duy trì là dao động được tạo ra bằng cách cung cấp cho hệ một năng lượng đúng bằng năng lượng nó đã mất sau mỗi chu kì dao động.

Hệ dao động được cung cấp năng lượng thông qua cơ cấu được điều khiển bởi chính hệ đó.

1.2 Ví dụ về dao động duy trì:

Dao động của con lắc đồng hồ là dao động duy trì.

1.3 Tần số dao động duy trì:

Bằng tần số dao động riêng của hệ

2. Thế nào là dao động tắt dần

2.1 Khái niệm dao động tắt dần

Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian do tác dụng của lực ma sát. Ma sát của môi trường càng lớn, dao động tắt dần càng nhanh.

Dao động tắt dần không phải là dao động điều hòa vì biên độ của nó giảm dần theo thời gian.

2.2 Giải thích hiện tượng dao động tắt dần

Khi con lắc dao dao động, nó chịu lực cản của không khí. Lực cản cũng là một loại lực làm tiêu hao cơ năng của con lắc, chuyển hóa cơ năng dần dần thành nhiệt năng. Vì thế biên độ dao động của con lắc giảm dần và cuối cùng dừng lại hẳn.

2.3 Ứng dụng

Ứng dụng của dao động tắt dần trong thực tế như cửa đóng tự động, giảm xóc xe máy, ô tô, … được coi là những dao động tắt dần có lợi.

Nếu sự tắt dần có hại thì ta phải chống lại sự tắt dần bằng cách cung cấp thêm năng lượng cho hệ dao động như dao động tắt dần của con lắc đồng hồ, …

➤ Xem thêm: Dao động tuần hoàn là gì? Dao động điều hòa là gì?

3. Dao động cưỡng bức

3.1 Dao động cưỡng bức là gì?

Dao động cưỡng bức là dao động được tạo ra bằng cách tác dụng lên hệ một ngoại lực biến thiên tuần hoàn theo thời gian. Lực này cung cấP năng lượng cho hệ để bù lại phần năng lượng mất mát do ma sát. Dao động của hệ gọi là dao động cưỡng bức.

3.2 Ví dụ

Khi đến bến xe buýt, xe chỉ tạm dừng nên không tắt máy, thân xe dao động. Dao động đó dao động cưỡng bức dưới tác dụng của lực cưỡng bức tuần hoàn gây ra bởi chuyển động của pit tông trong xi lanh của máy nổ.

3.3 Đặc điểm của dao động cưỡng bức

Biên độ không đổi, tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức

Biên độ dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc vào cả độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động.

Nếu tần số của lực cưỡng bức càng gần tần số riêng thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.

Lực cản môi trường càng nhỏ thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn hoặc ngược lại.

4. Hiện tượng cộng hưởng là gì?

Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng fo của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.

Tác dụng hiện tượng cộng hưởng: trong việc ứng dụng làm hộp đàn ghita, violon, …

Tác hại hiện tượng cộng hưởng: Nếu tần số ngoại lực bằng với tần số dao động riêng của hệ sẽ làm cho hệ dao động với biên độ rất lớn, gây ra hiện tượng hư hỏng, đổ gãy. Vậy nên khi thiết kế cây cầu, bệ máy, khung xe, … cần phải lưu ý để cho tần số dao động riêng của chúng phải khác nhiều so với tần số của các lực cưỡng bức thường xuyên tác dụng lên.

Hy vọng bài viết đem lại cho bạn những thông tin hữu ích về dao động duy trì, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức.

Giới thiệu chuyên đề dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ, vật lí 12 chương dao động cơ ôn thi quốc gia
Chuyên đề dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ bao gồm các lý thuyết cơ bản về dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ. Bài tập vận dụng chuyên đề dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ. Chuyên đề chia làm nhiều trang các em nhớ chuyển trang theo mục lục để xem hết chuyên đề.

Mục lục chuyên đề dao động tắt dần, cộng hưởng cơ

• Bài giảng về các loại dao động: tắt dần, cưỡng bức, duy trì
• Bài tập dao động tắt dần, cộng hưởng cơ

Dao động tắt dần là dao động có biên độ dao động, năng lượng dao động giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân gây ra dao dộng tắt dần là do lực ma sát.
1/ Dao động tắt dần là gì:

Đồ thị vận tốc (2) và li độ (1) của dao động tắt dần​

Sau mỗi chu kỳ dao động, năng lượng của vật dao động mất đi một phần, năng lượng đó chuyển hóa thành năng lượng để thắng công cản do lực ma sát của môi trường sinh ra.
Ta có E=0,5kA$^{2 }$=> năng lượng dao động giảm => biên độ dao động của vật cũng giảm theo
Khi năng lượng dao động của vật về giá trị 0 => A=0 => dao động ngừng hẳn (dao động tắt hẳn) quá trình biên độ và năng lượng giảm từ từ (giảm dần) theo thời gian nên dao động có đặc tính như trên gọi là dao động tắt dần.
Tùy vào ma sát của môi trường mà quá trình tắt dần có thể diễn ra nhanh hay chậm.
2/ Dao động duy trì:
Dao động duy trì: là dao động tắt dần có chu kỳ được giữ không đổi bằng cách cung cấp năng lượng cho dao động đúng bằng phần năng lượng bị mất đi do lực ma sát của môi trường.
3/ Dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ:

Một con lắc lò xo dao động tuần hoàn với tần số riêng là fo

Dao động của con lắc lò xo chịu thêm tác dụng của một ngoại lực có tần số dao động là f​

Dao động cưỡng bức: là dao động chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn F=Fo.cos(ωt + φ). Trong đó ω=2πf với f là tần số của ngoại lực cưỡng bức.
Các đặc điểm của dao động cưỡng bức:

• Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào:

+/ |f - fo| với fo là tần số riêng của dao động. |f - fo| càng nhỏ thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.
+/ Biên độ Fo của ngoại lực cưỡng bức

• Biên độ dao động cững bức không phụ thuộc vào pha ban đầu của ngoại lực cưỡng bức.

Khi tần số của ngoại lực cưỡng bức f bằng tần số riêng fo của hệ dao động khi đó sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ. Biên độ của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại.

Hiện tượng cộng hưởng cơ: là hiện biên độ dao động của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại xảy ra khi tần số của ngoại lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động (f=fo).

4/ Ứng dụng:
Khi đi trên những đoạn đường gồ ghề xe của bạn bị rung lắc rất mạnh, để làm tắt nhanh các dao động đó, xe của bạn được lắp thêm vào một bộ phận giảm xóc. Nguyên lý hoạt động chung của giảm xóc là một hoặc nhiều lò xo (hoặc hệ thống tương đương với lò xo) có khả năng thực hiện dao động tắt dần rất nhanh làm cho toàn bộ dao động của hệ vật mà nó gắn vào cũng tắt dao động nhanh (chuyển động rung lắc sẽ giảm rất nhanh).

giảm xóc - ứng dụng dao động tắt dần​

Các loại máy đầm, máy phá hủy các công trình xây dựng bên trong chứa một lò xo (hoặc hệ tương đương với lò xo) có tần số dao động riêng là fo gắn liền với một động cơ điện có tần số dao động điều khiển bằng cường độ dòng điện chạy qua máy. Khi tần số rung của động cơ điện càng gần với tần sốdao động riêng của lò xo thì khả năng rung lắc của máy càng lớn.

máy đầm bê tông ứng dụng hiện tượng cộng hưởng cơ​

Trong quá trình xây dựng các công trình trên đất (nhà cửa, sân vận động ...), hoặc các công trình neo bám vào mặt đất (cầu treo, cầu vượt ...) do chuyển động quay của trái đất nên các công trình xây dựng này có tần số dao động riêng là fo. Vì một lý do nào đó (gió, bão, chuyển động của các vật khác trên công trình xây dựng ...) gây ra một dao động cưỡng bức làm cho tần số dao động cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động lúc đó hiện tượng cộng hưởng xảy ra có thể gây hại cho các công trình trên. Vì vậy các kỹ sư xây dựng thường lưu ý đến vấn đề cộng hưởng cơ để đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng.

Ví dụ 1: sân bóng đá khi đội nhà ghi bàn, tất cả cổ động viên đứng bật dậy, "nhảy tưng tưng" reo hò có thể tạo ra một dao động cưỡng bức lên toàn bộ khán đài, nếu xảy ra cộng hưởng cơ tại đây và công trình xây dựng không đảm bảo có thể làm khán đài đổ sập.

Ví dụ 2: khi hành quân qua cầu, quân lính được yêu cầu không bước đều vì lịch sử đã ghi nhận nhiều tay nạn sập cầu đã xảy ra khi đoàn quân bước đều (quá trình bước đều qua cầu của quân lính tạo nên hiện tượng cộng hưởng cơ làm cầu rung lắc mạnh và bị sập)

Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lí lớp 12 chương dao động cơ

nguồn: vật lí phổ thông ôn thi quốc gia