Ví dụ về hiện tượng cộng hưởng có hại

Câu 1 [trang 56 sgk Vật Lí 12 nâng cao]: Thế nào là sự cộng hưởng? Sự cộng hưởng có lợi hay có hại?

Lời giải:

* Sự cộng hưởng là hiện tượng xảy ra trong dao động cưỡng bức khi một vật dao động được kích thích bởi một ngoại lực tuần hoàn có cùng tần số với dao động riêng của nó làm cho biên độ dao động cưỡng bức tăng một cách đột ngột.

   Khi đó: f = f0 hay ω = ω0 hay T = T0. Với f, ω, T và f0, ω0, T0 là tần số, tần số góc, chu kỳ của lực cưỡng bức và của hệ dao động. Biên độ của cộng hưởng phụ thuộc vào lực ma sát, biên độ của cộng hưởng lớn khi lực ma sát nhỏ và ngược lại.

* Sự cộng hưởng có lợi và cũng có hại.

   + Hiện tượng cộng hưởng có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ như chế tạo tần số kế, lên dây đàn…

   + Trong một số trường hợp, hiện tượng cộng hưởng có thể dẫn đến kết quả làm gãy, vỡ các vật bị dao động cưỡng bức.

Câu hỏi: Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi

A.tần số của lực cưỡng bức lớn hơn tần số dao động riêng của hệ.

B.tần số của lực cưỡng bức nhỏ hơn tần số dao động riêng của hệ.

C.tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ.

D.tần số của lực cưỡng bức gấp đôi tần số dao động riêng của hệ.

Lời giải:

Đáp án đúng:C.tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ.

Giải thích:

Cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức sẽ tăng nhanh đột ngột đến một giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của f0của hệ.

Cùng Toploigiai tìm hiểu thêm về dao động và hiện tượng cộng hưởng nhé

I. Trong đời sống, dao động là gì?

Dao động là sự lặp đi lặp lại nhiều lần một trạng thái bình thường của một vật nào đó.

Chúng ta có thể gặp phải rất nhiều các dao động trong đời sống hàng ngày, dao đông của con lắc đồng hồ, dao động của cầu khi xe vừa chạy qua hay dao động của dòng điện trong mạch….

II. Trong cơ học, dao động là gì?

Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian và lặp đi lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng. Dao động cơ học là một biến thiên liên tục giữa 2 năng lượng động năng và thế năng

Các loại dao động trong cơ học vật lý là:

1. Dao động tự do

Dao động mà chu kì dao động của vật chỉphụ thuộc các đặc tính của hệ dao động,không phụ thuộc vào bất kì các yếu tố bên ngoàiđược gọi là dao động tự do.Chu kì giao động tự do đó gọi là chu kì dao động riêng.

2. Dao động tắt dần

a. Định nghĩa

Là dao động mà ở đó biên độ giảm dần theo thời gian.

b. Nguyên nhân

Do có lực ma sát của môi trường lên cơ hệ. Lực này sẽ thực hiện công âm làm cơ năng của con lắc sẽ giảm dần. Ma sát càng lớn. dao động ngừng lại càng nhanh.

c. Chú ý khi làm bài tập

3. Dao động duy trì

a. Định nghĩa

Là dao động có biên độ không có đổi theo thời gian

b. Nguyên tắc duy trì dao động

Về nguyên tắc ta phải tác dụng vào con lắc một lực tuần hoàn với tần số bằng tần số riêng. Lực này phải nhỏ sao cho không làm biến đổi tần số riêng của con lắc, cung cấp cho nó một năng lượng đúng bằng phần năng lượng sẽ bị tiêu hao sau mỗi nửa chu kì.

4. Dao động cưỡng bức

a. Định nghĩa

Dao động cưỡng bức là dao động luôn chịu tác dụng từ ngoại lực biến thiên tuần hoàn, biểu thức lực có dạng là:

F = F0cos[ωt + φ].

b. Đặc điểm:

Có 2 đặc điểm chính của daođộng cưỡng bức như sau:

* Về tần số: Trong khoảng thời gian ban đầu nhỏ, dao động của vật sẽ là một dao động phức tạp vì đó là sự tổng hợp của dao động riêng và của dao động do ngoại lực gây ra. Sau khoảng thời gian nhỏnày, dao động riêng bị tắt dần hẳn, chỉ còn lại dao động do tác dụng của ngoại lực gây ra vàđólà dao động cưỡng bức, dao động cưỡng bức này cótần số bằng tần số của lực cưỡng bức.

* Về biên độ: Dao động cưỡng bức sẽ có biên độ phụ thuộc vào F0, vào ma sát và đặc biệt sẽ phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa tần số f của lực cưỡng bức và tần số riêng f0của hệ. Nếu tần số f càng gần với tần số riêng f0thì biên độ của dao động cưỡng bức sẽ càng tăng, và nếu f ≈ f0thì xảy ra cộng hưởng.

Chú ý: Dao động duy trì và dao động cưỡng bức có những sự khác biệt sau:

- Về sự bù đắp năng lượng:

+ Tự dao động: cung cấp một lần năng lượng, sau đó hệ sẽ tự bù đắp năng lượng từ từ cho con lắc.

+ Dao động cưỡng bức: sẽ bù đắp năng lượng cho con lắc từ từ trong từng chu kì và do ngoại lực thực hiện thường xuyên.

- Về tần số:

+ Tự dao động: dao động duy trì và theo tần số f0của hệ.

+ Dao động cưỡng bức: dao động duy trì và theo tần số f của ngoại lực.

c. Sự cộng hưởng

- Định nghĩa. Cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức sẽ tăng nhanh đột ngột đến một giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của f0của hệ.

- Đặc điểm:Hiện tượng thểhiện rõ nét nếu lực cản của môi trường là nhỏ.

- Ứng dụng của cộng hưởng:

* Cộng hưởng có lợi:

-Với một lực nhỏ có thể tạo dao động có biên độ vô cùng lớn. Ví dụ một em nhỏ cần đưa võng cho người lớn, sức của em bé chỉ có hạn nên không thế đấy võng lên cao ngay được, nhưng nếu em bé đẩy võng bằng đúng xung nhịp mà tần số bằng tần số riêng của võng thìcó thểđưa võng lên rất cao.

- Bản thân dây đàn phát ra âm rất nhỏ, nhưng nhờ bầu đàn đóng vai trò hộp cộng hưởng mà âm phát ra to hơn rất nhiều.

* Cộng hưởng có hại:Mọi vật đàn hồi đều là hệ dao động và đều có tần sốriêng của nó. Đó có thể là chiếc cầu, bệ máy, khung xe, thành tàu, vv.... Nếu vì một lý do nào đó chúng dao động cộng hưởng với một vật dao động khác, như vậy làm chúng rung lên rất mạnh và có thể bị gãy, đổ.

Trên đây là những nội dung mà Toploigiai muốn chia sẻ đến các bạn. Hy vọng qua bài viết, các bạn sẽ tự trả lời được câu hỏi hiện tượng cộng hưởng là gì? Nắm rõ và lý giải được bản chất của dao động. Chúc các bạn học tập tốt.