1. Dao động tự do:
- Là dao động mà chu kỳ dao động của vật chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của hệ.không phụ thuộc các yếu tố bên ngoài.
- Chu kì của dao động tự do gọi là chu kì riêng.Kí hiệu: T0
- Hệ dao động tự do là hệ có khả năng thực hiện dao động tự do.
- Thí dụ: CLLX, CLĐ khi dao động tại 1 vị trí.
2. Dao động tắt dần:
a. Dao động tắt
dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian.
b.Nguyên nhân: Do lực cản [của môi trường, lực ma sát] làm năng lượng hệ giảm theo thời gian.
c. Công thức:
- Định lý về năng lượng:
- Độ biến thiên năng lượng của vật trong quá trình chuyển động từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 bằng công của quá trình đó.
- Công thức: W2 - W1 = A
- Bài toán thường gặp:
- Xét một vật dao động tắt dần. Biên độ của vật giảm đều sau 1/4 chu kỳ. Ta chia chu kì đầu thành 4 lần 1/4 chu kì.
- Xét 1/2 chu kì đầu:
- 1/4 chu kì đầu biên độ là A0 .
- 1/4 chu kỳ sau biên độ là A1
- Áp dụng định lý năng lượng, ta có:
- F là lực tác dụng là vật dao động tắt dần và s là quãng đường mà vật đi được.
- Ta có s = A1 + A0
- Xét 1/2 chu kì sau:
- 1/4 chu kì thứ 3 biên độ là A1
- 1/4 chu kì cuối biên độ là A2 [biên độ ở cuối chu kỳ đầu tiên]
Từ [1] và [2]
- Nếu sau N chu kỳ mà vật dừng lại thì A2N = 0. Số chu kì dao động là:
- Trong một chu kỳ vật đi qua vị trí cân bằng 2 lần nên số lần mà vật qua vị trí cân bằng là:
- Từ đây ta cũng tính được khoảng thời gian mà từ lúc vật dao động đến khi dừng lại là Δt = N.T
Áp dụng định lý năng lượng:
,
- Vật dừng lại [A2N = 0], quãng đường vật đi được:
- Lực F thường là lực ma sát [F = Fms = μmg ], với μ là hệ số ma sát và lực cản [F = Fc].
- Công thức rút gọn [ còn gọi là công thức MILIKET]:
- Độ giảm biên độ:
- Quãng đường vật đi được đến khi dừng lại:
- Số dao động thực hiện:
- Số lần vật qua VTCB [n] và thời gian dao động tắt dần:
3. Dao động duy trì:
a. Định nghĩa: Sự dao động được duy trì mà không cần đến tác dụng của ngoại lực được gọi là sự tự dao động.
b. Đặc điểm: Dao động duy trì có tần số và biên độ dao động vẫn giữ nguyên như khi hệ dao động tự do. Thí dụ: Đồng hồ quả lắc là hệ tự dao động.
c. Biện pháp để duy trì dao động của con lắc đồng hồ :
- Khi lên dây cót đồng hồ, ta đã tích lũy cho dây cót một thế năng đàn hồi. Mỗi khi con lắc đến biên, dây cót dãn ra để một phần thế năng truyền sang cho quả lắc nhằm bù vào năng lượng hao hụt, nên con lắc đồng hồ dao động với biên độ và chu kì không đổi.
- Đồng hồ là hệ tự dao động gồm : Vật dao động ;nguồn năng lượng ; cơ cấu truyền năng lượng .
d. Nếu cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động tắt dần [bằng cách tác dụng một ngoại lực cùng chiều với chiều chuyển động của vật dao động trong từng phần của chu kì] để bù lại phần năng lượng tiêu hao do ma sát mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó, khi đó vật dao động mải mải với chu kì bằng chu kì dao động riêng của nó, dao động này gọi là dao động duy trì. Ngoại lực tác dụng lên vật dao động thường được điều khiển bởi chính dao động đó.
4. Dao động cưỡng bức:
a. Khái niệm: Dao động cưỡng bức là dao động mà hệ chịu thêm tác dụng của một ngoại lực tuần hoàn: F=F0cos[ωt].
b. Đặc điểm:
- Khi hệ ổn định, hệ dao động điều hoà với tần số bằng tần số ngoại lực.
- Biên độ dao động của hệ phụ thuộc vào biên độ dao động của ngoại lực và sự hao hụt năng lượng của hệ.
5. Hiện tượng cộng hưởng:
a. Định nghĩa: Sự cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức ổn định đạt đến giá trị cực đại khi tần số ngoại lực bằng tần số riêng của hệ .
b. Điều kiện: ω = ω0
c. Ứng dụng :
- Có lợi : Tần số kế ;hộp cộng hưởng của các loại dàn …
- Có hại :Bệ máy ;khung xe ; cầu … khi thiết kế phải tránh hiện tượng cộng hưởng [Tần số dao động của động cơ phải khác xa với tần số dao động riêng của bệ máy ; khung xe …]
d. Thí nghiệm :
- Con lắc A gồm m gắn cố định trên thanh kim loại mảnh có tần số riêng là f 0
- Con lắc B [ quả nặng M có khối lượng M >>> m ] di động được trên thanh kim loại nên tần số có thể biến đổi được
- Cho B dao động trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng hình vẽ.Lò xo L nối hai thanh kim loại sẽ tác dụng vào A một lực cưỡng bức làm A dao động cùng tần số f với B .
- Thay đổi vị trí của M để thay đổi f cho đến khi f ≃ f 0 con lắc sẽ có biên độ lớn nhất .
Hiện tượng cộng hưởng cơ.