Giải Vật Lý 12 Bài 4. Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức
Bài 4. DAO ĐỘNG TẮT DẦN, DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG Dao động tắt dần và dao dộng duy trì Dao động tắt dần là dao động có biên độ dao động giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân: do vật tác động chịu tác dụng của lực ma sát. của môi trường. Tùy theo lực ma sát lớn hay nhỏ mà dao động sẽ ngừng lại nhanh hay chậm. Nếu ta cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động có ma sát để bù lại sự tiêu hao vì ma sát mà không làm thay đổi chu kì riêng của nó thì dao động kéo dài mãi mãi và gọi là dao động duy trì. * Ung dụng của sự tắt dần dao động: cái giảm rung. Dao động cưỡng bức - Cộng hưởng Dao động cưỡng bức Khi tác dụng vào vật dao động một ngoại lực biêh thiên tuần hoàn gọi là lực cưỡng bức: Fn = Hsin(cot + <p) Nói chung f = * f0 của con lắc. Sau một khoảng thời gian ngắn Z7I At, vật sẽ dao động với tần sô' của lực cưỡng bức. Dao động như thế được gọi là dao động cưỡng bức. Cộng hưởng Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng nhanh đêh một giá trị cực đại khi tần sô' của lực cưỡng bức bằng tần sô' riêng của hệ dao động được gọi là sự cộng hưởng. Ma sát càng nhỏ, sự cộng hưởng thể hiện càng rõ. Cộng hưởng có lợi hay hại tùy từng trường hợp cụ thể. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP Bài 1. Nêu đặc điểm của dao động tắt dần. Nguyên nhân của nó là gì? ■ Trả lời Đặc điểm của dao động tắt dần là biên độ của nó giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân của việc giảm biên độ này là do xuất hiện lực cản của môi trường, lực ma sát... Các lực này làm tiêu hao năng lượng của con lắc, nó chuyển hóa cơ năng sang nhiệt năng. Bài 2. Nêu đặc điểm của dao động duy trì. Trả lời Đặc điểm của dao động duy trì là giữ nguyên không cho biên độ của dao động thay đổi (giảm dần) đồng thời không làm thay đổi chu kì của dao động. Bài 3. Nêu đặc điểm của dao động cưỡng bức. Trả lời Dao động chịu tác dụng của một lực cưỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cưỡng bức. Đặc điểm của dao động cưỡng bức là biên độ của dao động không đổi và có tần số bằng với tần số của lực cưỡng bức. Bài 4. Sự cộng hưởng là gì? Nêu điều kiện để có cộng hưởng. Cho ví dụ. Trả lời Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng nhanh đến một giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số’ riêng của hệ dao động được gọi là sự cộng hưởng. Điều kiện cộng hưởng: f = f0 (tần sô’ lực cưỡng bức bằng với tần số của hệ dao động). Ví dụ: ơ những vùng thường xuyên có động đất xảy ra, khi xây dựng nhà cửa hay những công trình lớn người ta phải thiết kế hệ thông móng sao cho tần sô’ dao động riêng của nó tuyệt đốì không được bằng với tần số của những cơn địa chân. Nếu để tần sò’ bằng nhau, hiện tượng cộng hưởng xảy ra, nhà cửa công trình sẽ bị sập. Bài 5. Một con lắc dao động tắt dần. 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%. Tra lời Ta có: AE = E, - E2 = meo2 (A| A2) = ^mco2 (A, + A2)(Aị -A2) ...íoa/a a \ ,2 a 2 (A| a,) AA ss^-mco 2A(A, -A,) = meo A - = 2E.—— v 1 2' A A => - AA - 2 X 3% = 6% => Chọn câu D. E A' Bài 6. Một con lắc có chiều dài 1 = 44cm được treo vào trần của một toa xe lửa. Con lắc bị kích thích dao dộng mỗi khi bánh của toa xe gặp chỗ nối nhau của đường 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 đường ray là 12,5m. Lấy g = 9,8m/s2. A. 10,7 km/h B. 34 km/h 106 km/h D. 45 km/h. Trả lời Cứ mỗi lần qua mối nối của hai thanh đường ray, con lắc trên xe lại được kích thích dao động vì vậy dao động của con lắc được duy trì. Chu kì dao động của con lắc (chu kì riêng) T = 27T = 2.3.14/^4^ = 1,33 \g V 9,8 s Chu kì kích thích của ngoại lực T' = — V Khi biên độ dao động của con lắc lớn nhất (hiện tượng cộng hưởng), ta có: f = f0 hay T = T — = 1,33 V s 12.5 => V = —77 = 7-77 = 9,4 (m/s) * 34 (km/h) 1,33 1.33 => Chọn câu B.