Dao động cưỡng bức là một trong số các dao động cơ học thường gặp trong vật lý cùng với các loại dao động khác như: dao động tự do, tắt dần,… Để hiểu hơn về dao động cưỡng bức là gì mời bạn đọc cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết ngay bài viết sau đây nhé!
Thế nào là dao động cưỡng bức?
Dao động cưỡng bức là dao động dưới tác dụng của ngoại lực F được biến thiên tuần hoàn theo thời gian. Dao động của vật ở trong giai đoạn ổn định chính là dao động cưỡng bức.
Công thức dao động cưỡng bức: F (t) = F (t + kt)
Ví dụ về dao động cưỡng bức: Khi kéo một con lắc lò xo sau đó rồi bạn thả ra thì con lắc lò xo sẽ dao động tắt dần. Nhưng sau đó bạn lại đặt một lực do tay ta tạo ra lên con lắc. Lúc này dao động này ở con lắc được gọi là dao động cưỡng bức, bởi vì sự dao động của vật bị phụ thuộc vào lực do tay ta tạo nên, tần số bằng với tần số ngoại lực cưỡng bức.
Đặc điểm của dao động cưỡng bức là gì?
Dao động cưỡng bức có những đặc điểm cơ bản như sau:
- Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức
- Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi, cũng như tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.
- Biên độ của lực cưỡng bức càng lớn thì biên độ dao động cưỡng bức cũng sẽ càng lớn.
- Độ chênh lệch giữa tần số lực cưỡng bức với tần số dao động riêng của hệ nếu như chênh lệch càng ít thì biên độ dao động cưỡng bức cũng sẽ càng lớn.
- Lực cản, ma sát của môi trường nếu như càng nhỏ thì biên độ dao động cưỡng bức sẽ càng lớn.
- Biên độ dao động cưỡng bức được phụ thuộc vào Ω,ω và được tỉ lệ với Ω ,ω
- Nếu như |ω-Ω| càng lớn thì AA càng nhỏ và ngược lại.
Xem thêm: Dao động tắt dần là gì? Nguyên nhân, ứng dụng, công thức tính
Biên độ dao động cưỡng bức
Biên độ là khoảng cách xa nhất vật có thể đạt được với gốc tọa độ thường được chọn ở vị trí cân bằng. Biên độ là đại lượng vô hướng, không âm, được đặc trưng cho độ lớn của dao động.
Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào những yếu tố sau đây:
- Biên độ của dao động cưỡng bức sẽ được tăng lên nếu biên độ ngoại lực (cường độ lực) tăng và ngược lại.
- Biên độ của dao động cưỡng bức sẽ được tăng lên nếu độ chênh lệch giữa các tần số của ngoại lực cùng tần số dao động riêng giảm.
- Nếu tần số của lực cưỡng bức càng gần tần số riêng, thì cũng đồng nghĩa với việc biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.
- Lực cản của môi trường cũng làm ảnh hưởng đến biên độ của lực cưỡng bức. Biên độ dao động cưỡng bức giảm nếu như lực cản của môi trường tăng và ngược lại
- Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào pha ban đầu của lực cưỡng bức, cũng không phụ thuộc bản chất của ngoại lực cưỡng bức. Ngay cả là lực hấp dẫn, lực điện, hay lực từ,.. đều có tác dụng cưỡng bức như nhau.
Quan hệ giữa dao động cưỡng bức với hiện tượng cộng hưởng
Mối quan hệ giữa dao động cưỡng bức với hiện tượng cộng hưởng như sau:
- Khi tần số của ngoại lực cưỡng bức f bằng với tần số riêng fo của hệ dao động, lúc này sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ. Biên độ dao động cưỡng bức đạt được giá trị cực đại.
- Hiện tượng cộng hưởng cơ: là hiện tượng biên độ dao động của dao động cưỡng bức đạt tới giá trị cực đại khi tần số của ngoại lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động (f=fo).
Tác dụng hiện tượng cộng hưởng: ứng dụng trong việc ứng dụng để làm hộp đàn ghita, violon,…
Tác hại hiện tượng cộng hưởng: Nếu như tần số ngoại lực bằng với tần số dao động riêng sẽ khiến cho hệ dao động với biên độ lớn, từ đó gây ra hiện tượng hư hỏng, đổ gãy.
Cho nên khi thực hiện thiết kế cây cầu, bệ máy, khung xe,.. cần chú ý để tần số dao động riêng của chúng khác nhiều so với tần số của lực cưỡng bức thường xuyên tác dụng lên.
Bài tập dao động cưỡng bức
Bài tập 1: Yêu cầu hãy lựa chọn phát biểu nào sau đây là sai:
- Tần số của dao động cưỡng bức luôn bằng tần số riêng hệ dao động.
- Dao động tắt dần là dạng dao động có biên độ được giảm dần theo thời gian
- Dao động dưới tác dụng của một ngoại lực biến thiên tuần hoàn là dao động cưỡng bức
- Khi cộng hưởng dao động thì tần số dao động của hệ sẽ bằng với tần số riêng của hệ dao động.
Bài tập 2: Dao động cơ học của con lắc vật lý trong đồng hồ quả lắc là dao động gì?
- Tắt dần.
- Cưỡng bức.
- Duy trì.
- Tự do.
Bài tập 3: Nhận xét nào không đúng trong những nhận xét sau đây
- Tần số của dao động cưỡng bức sẽ bằng với tần số của lực cưỡng bức.
- Biên độ của dao động cưỡng bức sẽ không bị phụ thuộc vào tần số của lực cưỡng bức.
- Dao động tắt dần sẽ càng nhanh nếu như lực cản của môi trường càng lớn.
- Chu kỳ của dao động duy trì bằng với chu kì của dao động riêng của con lắc.
Bài tập 4: Chọn phát biểu nào đúng khi nói về dao động cưỡng bức trong số những đáp án sau:
- Biên độ của dao động cưỡng bức sẽ phụ thuộc vào tần số ngoại lực tuần hoàn.
- Biên độ của dao động cưỡng bức chính là biên độ ngoại lực tuần hoàn.
- Tần số dao động cưỡng bức sẽ luôn bằng với tần số riêng của hệ.
- Tần số dao động cưỡng bức chính là tấn số của ngoại lực tuần hoàn.
Bài tập 5: Hãy chỉ ra nhận xét nào không đúng trong số những nhận xét sau đây:
- Chu kỳ của dao động duy trì bằng với chu kì dao động riêng của con lắc.
- Lực cản của môi trường càng lớn thì dao động tắt dần sẽ càng nhanh
- Tần số của dao động cưỡng bức sẽ bằng tần số của lực cưỡng bức.
- Biên độ của dao động cưỡng bức không bị phụ thuộc vào tần số của lực cưỡng bức.
Như vậy, chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu kỹ về vấn đề dao động cưỡng bức là gì, cũng như những điều cần biết về dao động này. Hy vọng những kiến thức mà chúng tôi mang tới trên đây sẽ giúp bạn đọc có thể nắm chắc kiến thức về loại dao động này!
