Mô tả dao động SVIP

I. KHÁI NIỆM DAO ĐỘNG TỰ DO

➤ Khái niệm dao động

Dao động cơ học là sự chuyển động có giới hạn trong không gian của một vật quanh một vị trí xác định. Vị trí đó gọi là vị trí cân bằng.

Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái chuyển động của vật (vị trí và vận tốc) được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau.

Dao động tự do (dao động riêng) là dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực.

​II. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

➤ Li độ, biên độ, chu kì dao động, tần số dao động

Treo một vật nhỏ, nặng vào đầu tự do của một lò xo nhẹ ta có con lắc lò xo. Kéo vật lệch khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra cho chuyển động.

Dao động của con lắc lò xo theo trục $Ox$ thẳng đứng tại các thời điểm khác nhau được biểu diễn như hình dưới. Gọi \(t=0\) là thời điểm bắt đầu quan sát, \(x=0\) là vị trí cân bằng của vật nặng.

Đường cong trên hình là đồ thị dao động của con lắc. Nó cho biết vị trí của vật nặng trên trục $Ox$ tại những thời điểm khác nhau.

Li độ

Tọa độ của vật tính từ vị trí cân bằng tại mỗi thời điểm được gọi là li độ $x$ của vật dao động. Như vậy, li độ có thể có giá trị dương, âm hoặc bằng 0.

Biên độ

Trong quá trình dao động, vật nặng sẽ đến hai biên, dừng lại và đổi chiều chuyển động. Biên ứng với tọa độ dương gọi là biên dương, biên còn lại là biên âm. Độ lớn cực đại của li độ được gọi là biên độ A của vật. Biên A luôn có giá trị dương.

Chu kì dao động

Là khoảng thời gian để vật thực hiện được một dao động. Kí hiệu là T, có đơn vị là giây (s).

Tần số dao động

Là một đặc trưng của dao động để cho biết số dao động mà vật thực hiện được trong một giây. Kí hiệu là f, có đơn vị là héc (Hz): $f=\dfrac{1}{T}$.

➤ Khái niệm dao động điều hòa

Dao động điều hòa là dao động tuần hoàn mà li độ của vật dao động là một hàm cosin (hoặc sin) theo thời gian.

➤ Pha dao động, độ lệch pha, tần số góc

Pha dao động \(\varphi\): là một đại lượng đặc trưng cho trạng thái của vật trong quá trình dao động, được đo bằng đơn vị của góc, là độ hoặc rad. Vật thực hiện một dao động tương ứng với pha dao động thay đổi một lượng \(2\pi\) rad.

Độ lệch pha giữa hai dao động điều hòa cùng chu kì (cùng tần số) được xác định theo công thức: \(\Delta\varphi=2\pi\dfrac{\Delta t}{T}\).

Tần số góc của dao động là đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của pha dao động. Đối với dao động điều hòa, tần số góc có giá trị không đổi và được xác định theo công thức: \(\omega=\dfrac{\varphi_2-\varphi_1}{t_2-t_1}=\dfrac{2\pi}{T}\). Trong đó, \(\varphi_1\) và \(\varphi_2\) lần lượt là pha dao động tại thời điểm $t_1$ và $t_2$. Tần số góc có đơn vị là radian trên giây (rad/s).

1. Khái niệm dao động tự do
➢ Dao động cơ học là sự chuyển động có giới hạn trong không gian của một vật quanh một vị trí xác định. Vị trí đó gọi là vị trí cân bằng.
➢ Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực được gọi là dao động tự do (dao động riêng).

2. Dao động điều hòa
➢ Li độ của vật dao động là tọa độ của vật mà gốc tọa độ được chọn trùng với vị trí cân bằng.
➢ Chu kì dao động là khoảng thời gian để vật thực hiện được một dao động. Tần số dao động được xác định bởi số dao động mà vật thực hiện được trong một giây: \(f=\dfrac{1}{T}\). Trong hệ SI, chu kì dao động có đơn vị là giây (s) và tần số dao động có đơn vị là héc (Hz).
➢ Dao động điều hòa là dao động tuần hoàn mà li độ của vật dao động là một hàm cosin (hoặc sin) theo thời gian.
➢ Pha dao động là một đại lượng đặc trưng cho trạng thái của vật trong quá trình dao động. Độ lệch pha giữa hai dao động điều hòa cùng chu kì (cùng tần số) được xác định theo công thức: \(\Delta\varphi=2\pi\dfrac{\Delta t}{T}\).
➢ Tần số góc của dao động đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của pha dao động. Đối với dao động điều hòa, tần số góc có giá trị không đổi và được xác định theo công thức: \(\omega=\dfrac{\varphi_2-\varphi_1}{t_2-t_1}=\dfrac{2\pi}{T}\). Trong đó, \(\varphi_1\) và \(\varphi_2\) lần lượt là pha dao động tại thời điểm $t_1$ và $t_2$. Tần số góc có đơn vị là radian trên giây (rad/s).