Hiện tượng cộng hưởng là gì, xảy ra khi nào? Dao động Tắt Dần, dao động Cưỡng Bức là gì và ứng dụng - Vật lý 12 bài 4

Nội dung bài viết này của KhốiA.Vn sẽ giúp các em hiểu hiện tượng cộng hưởng là gì, xảy ra khi nào? dao động tắt dần, dao động cưỡng bức là gì? được ứng dụng gì trong thực tế,...

• Giải bài tập Vật lí 12 bài 4: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6 trang 21 SGK Vật lý 12 bài 4

I. Dao động tắt dần

1. Dao động tắt dần là gì?

- Trong thực tế, khi kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả cho nó dao động, ta thấy biên độ dao động giảm gọi là dao động tắt dần.2. Giải thích hiện tượng dao động tắt dần

- Tại sao dao động lại tắt dần? Bởi khi con lắc dao động, nó chịu lực cản của không khí. Lực cản này cũng là một loại lực ma sát 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 con lắc dừng lại.

3. Ứng dụng của dao động tắt dần

- Trong thực tế dao động tắt dần được ứng dụng sản xuất các thiết bị như cửa đóng tự động, giảm xóc xe máy, ô tô,... đây là những dao động tắt dần có lợi.

- Nếu sự tắt dần là 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,...

II. Dao động duy trì

- Muốn giữ cho biên độ dao động của con lắc không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó, người ta dùng một thiết bị cung cấp cho nó một phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng tiêu hao do ma sát sau mỗi chu kì, Dao động này gọi là dao động duy trì.

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

III. Dao động cưỡng bức

1. Dao động cưỡng bức là gì?

- Cách đơn giản nhất làm cho một hệ dao động không tắt là tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn. 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.

2. Ví dụ về dao động cưỡng bức

- Khi đến bến, xe buýt chỉ tạm dừng nên không tắt máy, thân xe 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.

3. Đặc điểm của dao động cưỡng bức

- Biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.

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

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

IV. Hiện tượng cộng hưởng

1. Hiện tượng cộng hưởng là gì? xảy ra khi nào?

- 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.

- Như vậy, hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi: f = f₀ hay nói cách khác, điều kiện của sự cộng hưởng là: f = f₀

2. Giải thích hiện tượng cộng hưởng

- 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 không đổi và cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lượng do ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ.

3. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng

• Sự cộng hưởng có hại:

Những hệ dao động như tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe,... đều có tần số riêng. Phải cẩn thận không để cho các hệ ấy chịu tác dụng của các lực cưỡng bức mạnh có tần số bằng tần số riêng ấy. Nếu không, nó làm cho các hệ ấy dao động mạnh, dẫn đến đổ hoặc gãy.

• Sự cộng hưởng có lợi:

Hiện tượng cộng hưởng được ứng dụng để làm hộp đàn của các đàn ghita, violon,...