Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào? Sự
cộng hưởng giao động cơ xảy ra khi?
1. Dao động cưỡng bức là gì? 1.1. Khái niệm
Cách đơn giản nhất làm cho một hệ dao động không tắc là tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng
bức tuần hoàn. Lực này cung cấp năng lượng cho hệ để bù lại phần năng lượng mất mát do ma sát.
Khi ấy, dao động của hệ được gọi là dao động cưỡng bức.
Ví dụ: Khi đến mỗi bến, xe bus chỉ tạm dừng nên không tắt máy. Hành khách trên xe nhận thấy
thân xe dao động. Đó là dao động cưỡng bức dưới tác dụng bức tuần hoàn gây ra bởi chuyển động
của pit-tong trong xilanh của máy nổ.
Để dao động không tắt → tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn.
Lực này cung cấp năng lượng bù vào phần đã mất → Dao động cưỡng bức
1.2. Đặc điểm của dao động cưỡng bức
- Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và tần số bằng tần số của lực cưỡng bức
- Biên độ của dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn
phụ thuộc cả vào độ chệnh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và 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.
1.3. Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào?
Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng
lên vật mà phụ thuộc vào hệ số lực cản, biên độ và tần số của ngoại lực.
1.4. Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì
- Dao động cưỡng bức xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số bất kỳ. Sau giai đoạn
chuyển tiếp thì dao động cưỡng bức có tần số góc bằng tần số góc ngoại lực.
- Dao động duy trì cũng xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực nhưng ở đây ngoại lực được điều khiển
để có tần số góc bằng tần số góc của dao động tự do của hệ.
2. Hiện tưởng cộng hưởng 2.1. 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
2.2. 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.
3. Câu hỏi ôn tập 3.1. Trắc nghiệm
Câu 1. Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là? A. Biên độ và gia tốc B. Li độ và tốc độ
C. Biên độ và năng lượng
D. Biên độ và tốc độ Đáp án đúng là C
Câu 2. Khi nói về dao động cưỡng bức, phát biển nào sau đây là đúng?
A. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức
B. Biên độ của dao động cưỡng bức là biên độ của lực cưỡng bức
C. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức
D. Dao động cưỡng bức có tần số nhỏ hơn tần số của lực cưỡng bức Đáp án đúng là A
Câu 3. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động
A. với tần số bằng tần số dao động riêng
B. mà không chịu ngoại lực tác dụng
C. với tần số lớn hơn tần số dao động riêng
D. với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng Đáp án đúng là A
Câu 4. Sự cộng hưởng dao động xảy ra khi?
A. dao động trong điều kiện ma sát nhỏ
B. ngoại lực tác dụng biên thiên tuần hoàn
C. hệ dao động chịu tác dụng của ngoại lực đủ lớn
D. tần số dao động cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ Đáp án đúng là D
Câu 5. Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào?
A. pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật
B. biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật
C. tần số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật
D. hệ số lực cản tác dụng lên vật Đáp án đúng là A
Câu 6. Đối với dao động cơ, hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của lực cưỡng bức?
A. rất nhỏ so với tần số riêng của hệ
B. bằng chu kỳ riêng của hệ
C. bằng tần số riêng của hệ
D. rất lớn so với tần số riêng của hệ Đáp án đúng là C
Câu 7. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động
A. với tần số bằng tần số dao động riêng
B. với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng
C. với tần số lớn hơn tần số dao động riêng
D. mà không chịu ngoại lực tác dụng Đáp án đúng là A
Câu 8. Phát biểu nào sau đây là sai khi nới về dao động cơ học?
A. 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
B. Tân số dao động cưỡng bức của một hệ cơ học bằng tần số của ngoại lực điều hòa tác dụng lên hệ ấy
C. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của ngoại lực điều hòa bằng tần số dao đọng riêng của hệ
D. Tần số dao động tự do của một hệ cơ học là tần số dao động riêng của hệ ấy Đáp án đúng là A
Câu 9. Điều kiện cần của cộng hưởng dao động là hệ đang dao động? A. tự do B. tắt dần C. điều hòa D. cưỡng bức Đáp án đúng là D
Câu 10. Biên độ dao động khi có sự cộng hưởng cơ phụ thuộc vào?
A. tần số ngoại lực tác dụng vào vật
B. pha ban đầu của ngoại lực tác dụng vào vật
C. sự chênh lệch giữa tần số cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động
D. lục cản của môi trường Đáp án đúng là D 3.2. 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
Bài 2. Một người xách một xô nước đi rên 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
Bài 3. Thực hiện thí nghiệm về dao động cưỡng bức như hình dưới. Năm con lắc đơn (1), (2),
(3), (4) và M (con lắc điều khiển) được treo trên một sợi dây. Ban đầu hệ đang đứng yên ở vị
trí cân bằng. Kịch thích M dao động nhỏ trong mặt phẳng vuông góc với mặt phảng hình vẽ
thì các con lắc lại dao động. Không kể M, con lắc dao động mạnh nhất là? Hướng dẫn giải
Sử dụng lý thuyết về cộng hưởng dao động
Khi M dao động thì tác dụng 1 lực cưỡng bức lên dây treo. Lực này lại tác dụng lên các con lắc lại
làm cho các con lắc dao động. Nói cách khác con lắc 1, 2, 3,4 chịu tác dụng của 1 ngoại lực biên
thiên tuần hoàn nên nó dao động cưỡng bức. Lực này biến thiên với tần số đúng bằng tần số dao động của M
Trong dao đọng cưỡng bức, khi tần số của ngoại lực càng gần với tần số dao động riêng thì con
lắc sẽ dao động với biên độ càng lớn.
Vậy con lắc nào có chiều dài gần với chiều dài của M nhất thì sẽ dao động mạnh nhất. Vậy con lắc số 1
Bài 4. Một con lắc lò xo gồm viên bi nhỏ khối lượng m và lò xo khối lượng không đáng kể có
độ cứng 10 N/m. Con lắc dao động cưỡng bức dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần
số góc wF. Biết biên độ của ngoại lực tuần hoàn không thay đổi. Khi thay đổi wF thì biên độ
dao động của viên bi thay đổi và khi wF = 10 rad/s thì biên độ dao động của viên bi đạt giá
trị cực đại. Khối lượng m của viên bi bằng. Hướng dẫn giải
Dao động cưỡng bức đạt biên độ cực đại khi tần số góc của ngoại lực bằng tần số góc của dao động riêng => m = 0,1 kg = 100 g
Bài 5. Một con lắc đơn gồm vật có khối lượng 100 g, lò xo có độ cứng 100 N/m. Cho g = 10
m/s2 = pi^2 m/s2. Trong cùng một điều kiện về lực cản của môi trường thì biểu thức ngoại
lực điều hòa nào làm cho con lắc dao động cưỡng bức với biên độ lớn nhất trong giai đoạn ổn định. Hướng dẫn giải
Để dao động cưỡng bức với biên độ lớn nhất thì tần số của ngoại lực bằng tần số dao động riêng của hệ:
Mặt khác biên độ ngoại lực càng lớn thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn. => F = Focos(10.pi.t).N