Lý thuyết Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 6: Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

Vậy chi tiết Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức là gì? hiện tượng cộng hưởng như nào? được hayhochoi trình bày ngắn gọn, dễ hiểu trong bài viết này.

I. Dao động tắt dần

1. Dao động tự do

Dao động của con lắc lò xo là một dao động tự do.

Dao động tự do là dao động có chu kì, tần số không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài mà chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của hệ.

2. Dao động tắt dần

Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian.

3. Ứng dụng

- Bộ phận giảm xóc của xe máy, xe ô tô

Ví dụ: Khi đi xe máy qua chỗ mấp mô, xe bị nảy lên và dao động, nhờ có bộ phận giảm xóc để làm tắt dao động của khung xe, người ngồi trên xe đỡ khó chịu hơn.

II. Dao động cưỡng bức

1. Khái niệm dao động cưỡng bức

Dao động cưỡng bức là dao động xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số f bất kì. Khi dao động ổn định, tần số dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực.

Ví dụ:

Khi đến bến xe bus, xe chỉ tạm dừng nên không tắt máy, thân xe vẫn dao động. Dao động đó là dao động cưỡng bức dưới tác dụng của lực cưỡng bức tuần hoàn gây ra bời chuyển động của pít-tông trong xi lanh của máy nổ.

2. Đặc điểm

Dao động cưỡng bức khi ổn định có những đặc điểm sau:

- Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.

- Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ ngoại lực, độ lớn lực cản của môi trường, độ chênh lệch giữa tần số của ngoại lực và tần số riêng của hệ dao động.

III. Hiện tượng cộng hưởng

1. Định nghĩa

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 f₀ của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.

 Đồ thị càng nhọn thì lực cản càng nhỏ.

- Điều kiện cộng hưởng f = f₀.

2. Giải thích

Khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động thì hệ được cung cấp năng lượng một cách nhịp nhàng, đúng lúc, do đó biên độ dao động của hệ tăng dần lên. Biên độ dao động đạt tới giá trị cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lượng do ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ.

3. Hiện tượng cộng hưởng trong đời sống

Ví dụ hiện tượng cộng hưởng có lợi:

- Hộp đàn của các đàn ghi ta, violon, … là những hộp cộng hưởng được cấu tạo sao cho không khí trong hộp có thể dao động cộng hưởng với nhiều tần số dao động khác nhau của dây đàn.

- Hoạt động của lò vi sóng

Ví dụ hiện tượng cộng hưởng có hại:

Bệ máy, khung xe, cầu đường, toà nhà đều có một hay nhiều tần số riêng.

- Năm 1960, một trung đội bộ binh gồm 36 người đi đều qua cây cầu bắc ngang qua sông Fontanka ở Saint Petersburg ở nước nga đã là sập cầu, mặc dù cầu được thiết kể đủ vững chắc cho 300 người đi qua.

- Cây cầu khác được xây dựng năm 1940 qua eo biển Tacoma ở nước Mỹ có thể chịu nhiều ô tô có tải trọng lớn đi qua nhưng cũng bị đổ sập dưới tác dụng của gió.