(Trang 24)
 | Một em bé đang chơi xích đu trong sân. Tại sao để xích đu tiếp tục dao động, người mẹ thỉnh thoảng lại đẩy nhẹ vào ghế xích đu? |
I. DAO ĐỘNG TẮT DẦN
1. Dao động tự doTrong các bài trước, ta đã giả thiết không có lực ma sát tác dụng vào con lắc. Con lắc dao động với biên độ và tần số riêng (kí hiệu là 2. Dao động tắt dầnTrong thực tế, khi kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả cho nó dao động thì biên độ của nó giảm dần (Hình 6.1a). Dao động như vậy được gọi là dao động tắt dần. | Hãy giải thích tại sao dao động của em bé chơi xích đu trong ví dụ ở đầu bài lại tắt dần, nếu không có người mẹ thỉnh thoảng đẩy nhẹ vào ghế xích đu. |
) không đổi. Dao động như vậy gọi là dao động tự do vì nó chỉ phụ thuộc vào đặc tính của con lắc.| Thí nghiệm Chuẩn bị: Con lắc có vật nặng gắn bút dạ; tấm nhựa để ghi đồ thị của dao động; bộ phận tạo chuyển động đều cho tấm nhựa. Tiến hành: – Bố trí thí nghiệm như Hình 6.1. – Cho con lắc dao động ổn định và tấm nhựa chuyển động đều, bút dạ gắn ở vật nặng luôn tiếp xúc với tấm ghi đồ thị. Khi con lắc dao động, bút dạ gắn trên quả nặng sẽ ghi lại biên độ dao động của con lắc đơn theo thời gian như Hình 6.1a. |
a) Hình ảnh kết quả thí nghiệm của dao động tắt dần Biên độ giảm dần Hình 6.1 |
b) Bộ thí nghiệm khảo sát dao động tắt dần của con lắc đơn Vật nặng của con lắc có gắn bút dạ Tấm nhựa chuyển động đều Nguồn điện |
(Trang 25)
Kết quả thí nghiệm:
Khi con lắc dao động, nó chịu lực ma sát ở chỗ treo và ở chỗ tiếp xúc giữa bút dạ với tấm nhựa. Ngoài ra, nó còn chịu lực cản của không khí. Lực ma sát và lực cản của không khí đều làm tiêu hao cơ năng của con lắc, chuyển hoá dần cơ năng thành nhiệt năng. Vì thế, biên độ dao động của con lắc giảm dần và cuối cùng, con lắc dừng lại.
3. Ứng dụngBộ phận giảm xóc của xe máy Hình 6.2 là ứng dụng của dao động tắt dần. |
Hình 6.2. Bộ phận giảm xóc của xe máy |
Hãy tìm trong thực tế ví dụ về dao động tắt dần và cho biết trong mỗi trường hợp thì dao động tắt dần là có lợi hay có hại.
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 buýt, 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 bởi chuyển động của pit-tông trong xilanh của máy nổ.
2. Đặc điểmDao động cưỡng bức khi ổn định có những đặc điểm sau đây: – 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. | Tìm thêm ví dụ về dao động cưỡng bức. |
(Trang 26)
| Thí nghiệm Chuẩn bị: – Một thanh cứng hình trụ, hai đầu thanh được gắn vào hai ổ trục để thanh có thể xoay dễ dàng quanh trục của nó. – Một con lắc điều khiển Đ, ba con lắc thử 1, 2 và 3 được treo vào thanh cứng hình trụ. Tiến hành: – Bố trí thí nghiệm như Hình 6.3. – Hãy dự đoán xem, trong thí nghiệm Hình 6.3, nếu con lắc điều khiển Đ được kéo sang một bên theo phương vuông góc với thanh rồi thả ra cho dao động thì các con lắc khác có dao động không? Con lắc nào dao động mạnh nhất? Tại sao? – Làm thí nghiệm để kiểm tra. Nhận xét: So sánh kết quả quan sát được với dự đoán. |
Hình 6.3. Thí nghiệm về dao động cưỡng bức |
III. HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG
1. Định nghĩaTừ kết quả thí nghiệm trên, ta có thể rút ra điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng. 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 Đường cong trên đồ thị Hình 6.4 gọi là đồ thị cộng hưởng. Đồ thị càng nhọn khi lực cản của môi trường càng nhỏ (điểm A). Điều kiện |
Hình 6.4 Biên độ dao động Lực cản nhỏ Lực cản lớn Tần số của lực cưỡng bức (Tần số riêng) |
của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.
gọi là điều kiện cộng hưởng.
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
Cộng hưởng là một hiện tượng vật lí quan trọng có thể xuất hiện trong nhiều tình huống khác nhau. Trong một số trường hợp, hiện tượng cộng hưởng có lợi như:
(Trang 27)
– Hộp đàn của các đàn ghita, 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.
– Nguyên tắc hoạt động của lò vi sóng dựa trên hiện tượng cộng hưởng. Ở các lò vi sóng này, vi sóng được sử dụng có tần số phù hợp với tần số dao động riêng của các phân tử nước trong thực phẩm. Các phân tử nước đóng vai trò là hệ cộng hưởng cũng dao động cưỡng bức, nên hấp thụ năng lượng của vi sóng được sử dụng và nóng lên.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp khác hiện tượng cộng hưởng lại có hại.
Nhiều hệ dao động như toà nhà, cầu, bệ máy, khung xe,... đều có một hay nhiều tần số riêng. Do vậy khi thiết kế cần tránh không để cho các hệ ấy chịu tác dụng của những lực cưỡng bức mạnh có tần số bằng các tần số riêng ấy. Nếu không chúng sẽ làm cho các hệ dao động mạnh dẫn đến đổ hoặc gãy. Câu chuyện về một cái cầu bắc ngang qua sông Fontanka (Phô-tan-ca) ở Saint Petersburg (Xanh Pê-téc-bua) ở nước Nga được thiết kế đủ vững chắc cho 300 người đi qua. Nhưng nó đã bị sập khi một trung đội bộ binh gồm 36 người đi đều qua vào năm 1960. Hay câu chuyện về một cây cầu khác được xây dựng năm 1940 qua eo biển Tacoma (Ta-cô-ma) ở nước Mỹ có thể chịu nhiều ô tô có tải trọng lớn đi qua nhưng cũng đã bị đổ sập dưới tác dụng của gió.
(Nguồn: http://www.history.com)
| 1. Hãy đánh giá sự có lợi hay có hại của cộng hưởng trong các ví dụ nêu trên. 2. Một con lắc dao động tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ giảm 3%. Tính phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động. 3. Một con lắc dài 44 cm được treo vào trần của một toa xe lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh của toa xe gặp chỗ nối nhau giữa các thanh ray. Hỏi tàu chạy thẳng đều với tốc độ bằng bao nhiêu thì biên độ dao động của con lắc sẽ lớn nhất? Cho biết chiều dài của mỗi thanh ray là 12,5 m. Lấy g = 9,8 |
. | EM ĐÃ HỌC • Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần. • Nguyên nhân làm dao động tắt dần là do lực ma sát và lực cản của môi trường. • Dao động chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức. • 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 • Tuỳ từng trường hợp mà hiện tượng cộng hưởng có thể có lợi hoặc có thể có hại. |
| EM CÓ THỂ • Lấy được ví dụ thực tế về dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng. • Nhận biết được sự có lợi hay có hại của cộng hưởng và vận dụng nó vào cuộc sống. |
Bình Luận
Để Lại Bình Luận Của Bạn