Dao động tự do, dao động điều hòa là gì? Li độ, biên độ, pha dao động, chu kì, tần số góc? Vật lí 11 bài 1 CTST

1. Khái niệm dao động tự do

° Khái niệm dao động

Dao động cơ học là sự chuyển động có giới hạn trong không gian của một vật quanh một vị trí xác định. Vị trí đó gọi là vị trí cân bằng.

° Dao động tự do

Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực được gọi là dao động tự do (dao động riêng).

2. Dao động điều hoà

Giới thiệu thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của toạ độ của vật dao động theo thời gian

° Li độ, biên độ, chu kì dao động, tần số dao động

· Li độ của vật dao động là toạ độ của vật mà gốc toạ độ được chọn trùng với vị trí cân bằng.

· Biên độ là độ lớn cực đại của li độ.

· Chu kì dao động là khoảng thời gian để vật thực hiện được một dao động.

· Tần số dao động được xác định bởi số dao động mà vật thực hiện được trong một giây.

Trong hệ SI, chu kì dao động có đơn vị là giây (s) và tần số dao động có đơn vị là héc (Hz).

° Khái niệm dao động điều hoà

Dao động điều hoà là dao động tuần hoàn mà li độ của vật dao động là một hàm cosin (hoặc sin) theo thời gian.

° Pha dao động, độ lệch pha, tần số góc

· Pha dao động là một đại lượng đặc trưng cho trạng thái của vật trong quá trình dao động.

· Độ lệch pha giữa hai dao động điều hoà cùng chu kì (cùng tần số) được xác định theo công thức:

· Tần số góc của dao động là đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của pha dao động. Đối với dao động điều hoà, tần số góc có giá trị không đổi và được xác định theo công thức:

Với φ₁ và φ₂ lần lượt là pha dao động tại thời điểm t₁ và t₂.

Trong hệ SI, tần số góc có đơn vị là radian trên giây (rad/s).

° Mở rộng: Mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển động tròn đều

Xét một quả cầu được gắn cố định vào một vành mảnh có thể chuyển động tròn đều trong mặt phẳng thẳng đứng như hình sau:

Bằng một số tính toán, rút ra được dao động điều hòa được xem như là hình chiếu của một chuyển động tròn đều lên một đường thẳng đi qua tâm nằm trong mặt phẳng quỹ đạo, biên độ dao động bằng bán kính quỹ đạo của chuyển động tròn đều.

Sự tương tự trong dao động điềuhòa và chuyển động tròn đều thể hiện trong bảng sau: