Đao động tắt dần và đao động cưỡng bức là những khái niệm quan trọng trong vật lý. Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực thực tế, như giảm xóc cho xe máy, ô tô hay giải thích một số hiện tượng như đoàn quân đi đều bước có thể làm sập cầu, giọng hát lớn có thể làm bể kính,… Trên cơ sở đó, chúng ta cùng tìm hiểu về đao động tắt dần, đao động cưỡng bức và sự cộng hưởng trong bài viết này.
Đao động tắt dần là gì?
1. Định nghĩa đao động tắt dần
Trong thực tế, khi kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng và thả nó dao động, ta thấy biên độ dao động giảm dần theo thời gian, và hiện tượng này được gọi là đao động tắt dần. Đao động tắt dần xảy ra do lực cản của không khí làm tiêu hao năng lượng cơ và chuyển hóa thành nhiệt năng. Vì vậy, biên độ dao động của con lắc giảm dần và cuối cùng con lắc dừng lại.
2. Giải thích hiện tượng đao động tắt dần
Lực cản của không khí làm dao động tắt dần xảy ra do sự tiêu hao năng lượng của con lắc. Khi con lắc dao động, lực cản này tạo ra một loại lực ma sát làm tiêu hao năng lượng cơ của con lắc và chuyển hóa dần thành nhiệt năng. Do đó, biên độ dao động của con lắc giảm dần theo thời gian và cuối cùng con lắc dừng lại.
3. Ứng dụng của đao động tắt dần
Đao động tắt dần được ứng dụng trong sản xuất các thiết bị như cửa đóng tự động, giảm xóc cho xe máy, ô tô,… Đây là những ứng dụng có lợi của đao động tắt dần.
Ngoài ra, nếu đao động tắt dần gây hại, chúng ta có thể chống lại sự tắt dần bằng cách cung cấp thêm năng lượng cho hệ đao động.
Đao động duy trì
Muốn giữ cho biên độ dao động của con lắc không thay đổi mà không làm thay đổi chu kỳ dao động riêng của nó, người ta dùng một thiết bị cung cấp cho con lắc một phần năng lượng chính xác bằng phần năng lượng tiêu hao bởi ma sát sau mỗi chu kỳ. Đao động này được gọi là đao động duy trì. Một ví dụ về đao động duy trì là đao động của con lắc đồng hồ.
Đao động cưỡng bức
1. Định nghĩa đao động cưỡng bức
Cách đơn giản nhất để không làm tắt một hệ đao động là tác động vào nó một lực cưỡng bức tuần hoàn. Lực cưỡng bức này cung cấp năng lượng cho hệ để bù lại năng lượng mất đi do ma sát. Đao động của hệ gọi là đao động cưỡng bức.
2. Ví dụ về đao động cưỡng bức
Khi xe buýt tạm dừng ở bến, thân xe có thể dao động dưới tác dụng của lực cưỡng bức tuần hoàn do chuyển động của pit-tông trong xilanh của động cơ.
3. Đặc điểm của đao động cưỡng bức
- Biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.
- Biên độ đao động cưỡng bức không chỉ 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 số riêng của hệ đao động.
- Khi tần số của lực cưỡng bức càng gần tần số riêng, biên độ đao động cưỡng bức càng lớn.
Hiện tượng cộng hưởng
1. Định nghĩa hiện tượng cộng hưởng
Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng của hệ đao động. Điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng là tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ.
2. Giải thích hiện tượng cộng hưởng
Khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ đao động, hệ được cung cấp năng lượng một cách nhịp nhàng và đúng lúc, dẫn đến biên độ dao động của hệ tăng lên. Biên độ đao động đạt giá trị không đổi và cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lượng do ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ.
3. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng
- Sự cộng hưởng có thể gây hại: Những hệ đao động như tòa nhà, cây cầu, bệ máy, khung xe,… đều có tần số riêng. Cần cẩn thận để không để cho các hệ đó chịu tác động của các lực cưỡng bức mạnh có tần số bằng tần số riêng đó. Nếu không, chúng có thể dao động mạnh, dẫn đến đổ hoặc gãy.
- Sự cộng hưởng cũng có thể mang lại lợi ích: Hiện tượng cộng hưởng được ứng dụng để làm hộp đàn của các đàn ghita, violon,…
Đến đây, chúng ta đã có cái nhìn tổng quan về đao động tắt dần, đao động cưỡng bức và sự cộng hưởng. Hy vọng rằng bài viết này đã giải đáp một số thắc mắc của bạn về vấn đề này.
