Dao động cưỡng bức là gì? Biên độ của dao động cưỡng bức

Dao động cưỡng bức là gì? Biên độ của dao động cưỡng bức

Dao động cưỡng bức là gì? Biên độ của dao động cưỡng bức như thế nào? Cùng Công Decor tìm hiểu và trả lời qua bài viết dưới đây. Mời bạn đọc theo dõi!

Dao động cưỡng bức là gì?

Khái niệm

Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian và lặp đi lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng. Dao động cơ học là một biến thiên liên tục giữa hai năng lượng động năng và thế năng.

Dao động cưỡng bức (hay còn gọi là dao động điều hòa) là dao động dưới tác động của ngoại lực F biến thiên tuần hoàn theo thời gian. Dao độc của vật trong các giai đoạn ổn định được gọi là dao động cưỡng bức.

Lực cưỡng bức: F (t) = F (t + kt)

Ví dụ:

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.

Để dao động không tắt, chúng ta tác dụng vào vật thể một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn.

Lực này cung cấp năng lượng bù vào phần đã mất, đó chính là dao động cưỡng bức

Chú ý:

Dao động duy trì và dao động cưỡng bức có những sự khác biệt sau:

Về sự bù đắp năng lượng:

– Tự dao động: cung cấp một lần năng lượng, sau đó hệ sẽ tự bù đắp năng lượng từ từ cho con lắc.

– Dao động cưỡng bức: sẽ bù đắp năng lượng cho con lắc từ từ trong từng chu kì và do ngoại lực thực hiện thường xuyên.

Về tần số:

– Tự dao động: dao động duy trì và theo tần số f0 của hệ.

– Dao động cưỡng bức: dao động duy trì và theo tần số f của ngoại lực.

Đặc điểm của dao động cưỡng bức

• Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức.
• Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.
• Biên độ của lực cưỡng bức: Biên độ lực cưỡng bức càng lớn thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.
• Độ chênh lệch giữa tần số lực cưỡng bức và tần số dao động riêng của hệ: chênh lệch càng ít thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.
• Lực cản, ma sát của môi trường: lực cản, ma sát của môi trường càng nhỏ thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.

Tính chất của dao động cưỡng bức:

• Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào Ω,ω và tỉ lệ với Ω ,ω
• |ω-Ω| càng lớn thì AA càng nhỏ và ngược lại.

Biên độ dao động cưỡng bức

Biên độ là khoảng cách xa nhất mà vật có thể đạt được, với gốc tọa độ thường được chọn tại vị trí cân bằng. Biên độ là một đại lượng vô hướng, không âm đặc trưng cho độ lớn của dao động.

Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào:

–  Biên độ của lực cưỡng bức. Biên độ của dao động cưỡng bức tăng nếu biên độ ngoại lực (cường độ lực) tăng và ngược lại.

– Độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức. Biên độ của dao động cưỡng bức tăng nếu độ chênh lệch giữa tần số của ngoại lực và tần số dao động riêng giảm.

–  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.

Ngoài ra, lực cản của môi trường cũng ảnh hưởng đến biên độ của lực cưỡng bức. Biên độ của dao động cưỡng bức giảm nếu lực cản môi trường tăng và ngược lại.

Vậy biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào pha ban đầu của lực cưỡng bức. Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc bản chất của ngoại lực cưỡng bức. Dù đó là lực hấp dẫn, lực điện, hay lực từ, … thì đều có tác dụng cưỡng bức giống nhau

Hiện tượng cộng hưởng

Khái niệm

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 fo của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.

– Điều kiện cộng hưởng: f = fo

– Sự cộng hưởng dao động cơ xảy ra khi?

Sự cộng hưởng có xảy ra khi tần số dao động của hệ ngoại lực bằng tần số dao động riêng của hệ.

Câu hỏi ôn tập

Trắc nghiệm

Câu 1. Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là?

1. Biên độ và gia tốc
2. Li độ và tốc độ
3. Biên độ và năng lượng
4. Biên độ và tốc độ

Đáp án đúng là 3

Câu 2. Khi nói về dao động cưỡng bức, phát biểu nào sau đây là đúng?

1. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức
2. Biên độ của dao động cưỡng bức là biên độ của lực cưỡng bức
3. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức
4. Dao động cưỡng bức có tần số nhỏ hơn tần số của lực cưỡng bức

Đáp án đúng là 1

Câu 3. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động

1. với tần số bằng tần số dao động riêng
2. mà không chịu ngoại lực tác dụng
3. với tần số lớn hơn tần số dao động riêng
4. với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng

Đáp án đúng là 1

Câu 4. Sự cộng hưởng dao động xảy ra khi?

1. dao động trong điều kiện ma sát nhỏ
2. ngoại lực tác dụng biên thiên tuần hoàn
3. hệ dao động chịu tác dụng của ngoại lực đủ lớn
4. tần số dao động cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ

Đáp án đúng là 4

Câu 5. Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào?

1. pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật
2. biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật
3. tần số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật
4. hệ số lực cản tác dụng lên vật

Đáp án đúng là  5

Câu 6. Đối với dao động cơ, hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của lực cưỡng bức?

1. rất nhỏ so với tần số riêng của hệ
2. bằng chu kỳ riêng của hệ
3. bằng tần số riêng của hệ
4. rất lớn so với tần số riêng của hệ

Đáp án đúng là 3

Câu 7. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động

1. với tần số bằng tần số dao động riêng
2. với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng
3. với tần số lớn hơn tần số dao động riêng
4. mà không chịu ngoại lực tác dụng

Đáp án đúng là 1

Câu 8. Phát biểu nào sau đây là sai khi nới về dao động cơ học?

1. Biên độ của dao động cưỡng bức của một hệ cơ học khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng không phụ thuộc vào lực cản của môi trường
2. Tân số dao động cưỡng bức của một hệ cơ học bằng tần số của ngoại lực điều hòa tác dụng lên hệ ấy
3. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của ngoại lực điều hòa bằng tần số dao đọng riêng của hệ
4. Tần số dao động tự do của một hệ cơ học là tần số dao động riêng của hệ ấy

Đáp án đúng là 1

Câu 9. Điều kiện cần của cộng hưởng dao động là hệ đang dao động?

1. tự do
2. tắt dần
3. điều hòa
4. cưỡng bức

Đáp án đúng là 4

Câu 10. Biên độ dao động khi có sự cộng hưởng cơ phụ thuộc vào?

1. tần số ngoại lực tác dụng vào vật
2. pha ban đầu của ngoại lực tác dụng vào vật
3. sự chênh lệch giữa tần số cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động
4. lục cản của môi trường

Đáp án đúng là 4

Tự luận

Bài 1. Một vật dao động cưỡng bức dưới tác dụng của ngoại lực F = Fo. cos (pi.f.t). Tần số dao động cương bức của vật là?

Hướng dẫn giải

Tần số dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức

Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào? Sự cộng hưởng giao động cơ xảy ra khi?

Bài 2. Một người xách một xô nước đi trên đường, mỗi bước đi được 50 cm. Chu kỳ dao động riêng của nước trong xô là 1s. Nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất khi người đó đi với tốc độ là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng.

Khi đó, chu kỳ của dao động của người bằng với chu kỳ dao động riêng của nước trong xô

=> T = 1s

Tốc độ đi của người đó là: v = s/t = 0,5 / 1 = 0,5 m/s