Trong chương trình Vật lý lớp 12 chúng ta đã được học về dao động tắt dần là phần kiến thức khá phức tạp. Vậy dao động tắt dần là gì? Trong bài viết dưới đây thapgiainhietliangchi sẽ tổng hợp các kiến thức về phần nội dung này, theo dõi nhé.
Dao động tắt dần là gì?
Theo sách Vật lý 12, dao động tắt dần là những dao động có biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân gây ra dao động tắt dần là do lực ma sát hay lực cản từ môi trường gây nên.
Đặc điểm của dao động tắt dần đó là tần số và chu kỳ của dao động tắt dần phụ thuộc vào chu kỳ và dao động riêng của vật; không phụ thuộc vào biên độ dao động.
Hiện nay có 2 loại dao động tắt dần là:
- Dao động tắt dần nhanh
- Dao động tắt dần chậm
Xem thêm: Dao động cưỡng bức là gì? Đặc điểm, công thức, ứng dụng
Công thức dao động tắt dần như thế nào?
Dưới đây là một số công thức được sử dụng để tính toán trong dao động tắt dần:
Công thức tính độ giảm biên độ sau mỗi chu kì dao động
- Trong một chu kì độ giảm biên độ
- Biên độ giảm đều sau mỗi chu kì
Số dao động vật thực hiện cho tới khi dừng lại
Thời gian vật dao động cho tới khi dừng lại
Độ giảm năng lượng của dao động sau mỗi chu kì
Trong đó:
- A: là ký hiệu của biên độ dao động (m)
- μ: là ký hiệu của hệ số ma sát
- m: là ký hiệu khối lượng của vật (kg)
- g: ký hiệu gia tốc rơi tự do (m/s2)
- k: ký hiệu độ cứng của con lắc lò xo (N/m)
- ω: ký hiệu tần số góc (rad/s)
- N: là số dao động vật thực hiện
- E: là năng lượng của vật (J)
Xem thêm: Mạch dao động là gì? Nguyên lý, đặc điểm, công thức mạch dao động
Ví dụ về dao động tắt dần
Theo hình trên, Aₒ được gọi là biên độ dao động lúc đầu (lúc được kích thích dao động), còn T là chu kì dao động riêng (mà ta thường ký hiệu là Tₒ)
Vì năng lượng dao động của một hệ tỉ lệ với bình phương biên độ dao động; nên trong hệ dao động tắt dần thì cơ năng sẽ giảm dần. Độ biến thiên cơ năng của hệ được tính bằng khoảng thời gian với công của lực ma sát (hay lực cản) tác dụng lên hệ trong thời gian đó.
W(sau) – W(đầu) = A(masat)
Trong trường hợp lực ma sát (hay lực cản) có độ lớn không đổi khi đó quãng đường s mà vật m của con lắc lò xo sẽ dao động theo phương ngang; đi được từ lúc truyền vận tốc Vₒ đến lúc dừng hẳn và được tính theo công thức như sau:
Trong đó: F: là hệ số ma sát trượt giữa vật m và mặt phẳng nằm ngang.
Như vậy, nếu như lực ma sát càng lớn thì quãng đường mà vật s đi được (tính từ lúc bắt đầu dao động cho đến lúc dừng hẳn) sẽ cảng nhỏ. Khi đó ta nói ma sát càng lớn thì dao động tắt càng nhanh.
Mỗi hệ dao động tắt dần sẽ có một tần số dao động riêng fₒ (tức là có chu kỳ dao động riêng Tₒ)
Đối với con lắc lò xo dao động tắt dần thì:
Đối với con lắc đơn dao động tắt dần thì:
Xem thêm: Dao động duy trì là gì? Đặc điểm, ứng dụng, ví dụ dao động duy trì
Ứng dụng của dao động tắt dần
Dao động tắt dần được ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Đặc biệt, ứng dụng dao động thường được dùng trong giảm xóc của các loại xe. Khi bạn đi trên những đoạn gồ ghề, xe sẽ bị rung lắc rất mạnh. Để giảm nhanh các dao động đó, xe cơ giới thường được lắp thêm các bộ phận giảm xóc.
Nguyên lý hoạt động chung của bộ phận giảm xóc là có một hoặc nhiều lò xo (hoặc hệ thống tương đương với lò xo), có khả năng thực hiện dao động tắt dần rất nhanh. Điều này làm cho toàn bộ dao động của hệ vật mà nó gắn vào cũng tắt dao động nhanh (các chuyển động rung lắc sẽ giảm rất nhanh).
Hay các loại máy đầm, máy phá hủy công trình xây dựng bên trong cũng chứa một lò xo (hoặc hệ tương đương với lò xo); có tần số dao động riêng là fo gắn liền với một động cơ điện; tần số dao động được điều khiển bằng cường độ dòng điện chạy qua máy. Khi tần số rung của động cơ điện đến càng gần với tần số dao động riêng của lò xo thì khả năng rung lắc của máy càng lớn.
Vì vậy các kỹ sư xây dựng thường cũng thường chú ý đến dao động tắt dần để đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng.
Trên đây là những nội dung về dao động tắt dần là gì mà chúng tôi đã tổng hợp và chia sẻ đến bạn. Hy vọng qua bài viết này đã đem đến cho bạn nhiều kiến thức bổ ích để áp dụng vào bài học và cuộc sống.
