Giải bài tập Vật lý 12 Bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức
§4. DAO DỘNG TẮT DÁN. DAO DỘNG CƯỠNG bức KIẾN THỨC Cơ BẢN Dao động tắt dần: là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực cản của môi trường. Dao động duy trì: là dao động được được duy trì bằng cách giữ cho biên độ dao động của vật không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó. Dao động cưỡng bức: là dao động chịu tác dụng của một ngoại lực biến thiên tuần hoàn. Đặc điểm'. Có biên độ không đổi và có tần sô' bằng với tần sô' của lực cưỡng bức. Biên độ của dao động cưỡng bức không những phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần sô' riêng của hệ dao động. Hiện tượng cộng hưởng: là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến giá cực đại khi tần sô' của lực cưỡng bức f bằng với tần sô' riêng của hệ dao động f0. Điều kiện để có cộng hưởng: f = f0. CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Hãy làm thi nghiệm như Hỉnh 4.à. Con lắc diều khiển D dược kéo sang một bên rồi thả ra cho dao động. Các con lắc khác có dao dộng không? Con lắc nào dao dộnị lạnh nhất? Tại sao? Tại sao biên độ dao dộng cưỡng bức của thân xe trong ví dụ H.2 lại nhỏ? Tại sao với một lực dẩy nhỏ ta có thể làm cho chiếc dư có người ngồi dưng dưa với biên độ lớn? Hưổng dẫn trả lời BI Học sinh làm thí nghiệm quan sát và nhận xét: Các con lắc khác có dao động. Con lắc c dao động mạnh nhất. S3 a) Vì tần số của lực cưỡng bức gây ra bởi chuyển động của pittông trong xilanh của máy nổ khác xa tần số riêng của khung xe. b) Vì tần số do lực tác dụng (lực đẩy) bằng với tần số riêng của chiếc đu, gây ra sự cộng hưởng nên chiếc đu chuyển động có biên độ lớn. c. CÂU HỎI SAU BÀI HỌC Nêu đặc điểm của dao động tắt dần. Nguyên nhân của nó là gì? Nêu đặc điểm của dao dộng duy trì. Nêu đặc điểm của dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng là gi? Nêu điều kiện để có cộng hưởng. Cho một ví dụ. Hướng dẫn trả lời Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian, dao động tắt dần không có tính điều hòa. Nguyên nhân làm dao động tắt dần là do lực cản của môi trường. Lực cản môi trường càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh. Đặc điểm của dao động duy trì là cung câp phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng tiêu hao do ma sát sau mỗi chu kì. Đặc điểm của dao động cưỡng bức: Có biên độ không đổi và có tần sô" bằng với tần sô' của lực cưỡng bức Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa tần sô' của lực cưỡng bức và tần sô' riêng của hệ dao động. Cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến một giá trị cực đại khi tần sô' f của lực cưỡng bức bằng tần sô' riêng của hệ fo- Điều kiện để có cộng hưởng f = f0. Ví dụ: Chiếc cầu có thể gãy, nếu đoàn người đi đều bước qua chiếc cầu có tần sô' cưỡng bức f bằng với tần sô' riêng của chiếc cầu f0. Mỗi nhạc cụ đều có hộp cộng hưởng, để có thể dao động cộng hưởng với nhiều tần sô' dao động khác nhau. D. BÀI TẬP Một con lắc dao dộng tắt dẩn. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ giảm 3%. Phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động toàn phần là bao nhiêu? A. 3%. B. 9%. c. 4,5%. D. 6%. Một con lắc dài 44cm được treo vào trần cua một toa xe lửa. Con lắc bị kích dộng mỗi khi bánh của toa xe gặp chỗ nối nhau của đường ray. Hỏi tàu chạy thẵng đều với tốc độ bàng bao nhiêu thì biên độ dao động của con lắc sẽ lớn nhất? Cho biết chiều dài của mồi dường ray là 12,5m. Lấy g = 9,8 m/s2. A. 10,7 km/h. B. 40 km/h. c. 106 km.h. D. 45 km/h. Chọn đáp án D. Hướng dẫn giải Năng lượng trong một 0 động toàn phần (một chu kì): Ej = 77 kA2 2 Sau mỗi chu kì biên độ giảm 3%. Năng lượng toàn phần sau một chu kì: E2 = ^k(0,97A)2 2 => Năng lượng bị mất trong một dao động toàn phần: AE E, -E9 „ „ _ — = 1 2 « 0,06 « 6% Eì Ei Chọn đáp án B. Con lắc dao động cưỡng bức mỗi khi toa xe đi qua chỗ nối hai thanh. Tần sô' dao động là f = y- ịLi Với V là vận tốc của tàu, L là chiều dài của thanh Con lắc dao động mạnh nhất khi f = f0 = 2rc V 1 2rt V 1 2rc V 1 g = 12,5. 1 9,8 2k Vo,44 = 9,4(m/s) w 34 (km/h)