Ôn tập kiến thức vật lí 11 cánh diều bài 1: Dao động điều hòa

[toc:ul]

I. DAO ĐỘNG

• Trong thí nghiệm trên dây, khi kéo quả cầu khỏi vị trí cân bằng một đoạn nhỏ rồi buông ra thì quả cầu sẽ chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng. 
• Ở hình 1.3, nếu thả quả cầu từ vị trí 1, nó sẽ đi sang trái qua O đến vị trí 2 thì dừng, rồi sẽ đi ngược lại về phía phải qua O và trở về 1. Sau đó chuyển động sẽ được lặp lại liên tiếp như vậy nếu không có lực cản.

• Chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng được gọi là dao động.

Dao động tự do

• Ở hình 1.3, nếu không có lực cản thì chuyển động của quả cầu cứ thế tiếp diễn, dao động của quả cầu là dao động tự do.
• Trong các tình huống thực tế, lực cản làm cho năng lượng dao động của vật bị giảm dần và năng lượng này cuối cùng được chuyển hóa thành năng lượng nhiệt. Các dao động sẽ bị tắt dần.

Bố trí thí nghiệm như hình trên:

• Một đầu thước đặt trên mặt bàn, dùng một tay giữ chặt đầu thước đó lại.
• Dùng tay còn lại gẩy mạnh đầu còn lại của thước.

=> Ta thấy đầu thước tự do dao động quay vị trí cân bằng. Gẩy càng mạnh thì thước dao động càng mạnh và ngược lại.

Biên độ, chu kì, tần số của dao động

• Trong quá trình dao động, ta gọi độ dịch chuyển của xe so với vị trí cân bằng là li độ. Li độ cho biết độ lệch và chiều lệch của xe so với vị trí cân bằng.
• Độ lớn cực đại của độ dịch chuyển (độ lớn cực đại của li độ) được gọi là biên độ dao động, kí hiệu là A.
• Khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động được gọi là chu kì của dao động, kí hiệu là T. Đơn vị của chu kì là giây.
• Số dao động vật thực hiện được trong một giây được gọi là tần số của dao động, kí hiệu là f. Đơn vị của tần số là hertz (kí hiệu là Hz).

II. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1. Định nghĩa

• Phương trình của dao động điều hòa:

x = Acos(ωt + φ)

Trong đó A,  và  là các hằng số. 

• Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin (hoặc sin) của thời gian.
• Dao động điều hòa cũng có các đại lượng biên độ A, chu kì T, tần số f như đã được định nghĩa ở phần trước.

2. Tần số góc

Đại lượng ω được gọi là tần số góc của dao động và có đơn vị là radian trên giây (rad/s).

3. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa

Các đồ thị biểu diễn li độ, vận tốc và gia tốc theo thời gian là đồ thị hình sin.

4. Pha của dao động và độ lệch pha

a) Pha của dao động

• Pha của dao động tại một thời điểm được tính bằng số phần đã thực hiện của một chu kì, kể từ khi bắt đầu chu kì đó. Vì một dao động tương ứng với góc 2π rad nên pha của dao động cũng được đo bằng đơn vị radian.
• Tại thời điểm t = 0, pha của dao động là φ. Do đó, φ được gọi là pha ban đầu của dao động.
• Tại thời điểm ban đầu, vật xuất phát ở biên dương đi về VTCB.
• Từ vị trí 1 đến vị trí 5 vật thực hiện được 1 dao động toàn phần.
• Pha của dao động tại một thời điểm được tính bằng số phần đã thực hiện của một chu kì, kể từ khi bắt đầu chu kì đó. Một dao động tương ứng với góc 2π.
• Tại vị trí số 3, vật thực hiện được một nửa chu kì nên pha dao động: 

2π.$\frac{1}{2}$ = π rad.

• Tại vị trí số 4, vật đã thực hiện được $\frac{3}{4}$ chu kì nên pha của dao động khi đó là: 2π.$\frac{3}{4}$ = $\frac{3\pi }{2}$ rad.
• Pha của dao động tại thời điểm $\frac{1}{30}$s là: $10\pi t+\frac{\pi }{2}=10\pi .\frac{1}{30}+\frac{\pi }{2}=\frac{5\pi }{6}$ (rad).

b) Dao động cùng pha

• Tại thời điểm t$_{3}$ cả 2 vật dao động đều có li độ bằng 0 (ở VTCB) và di chuyển theo chiều âm (đi ra biên âm).
• Tại thời điểm t$_{4}$ cả 2 vật dao động đều ở biên âm (tương ứng với dao động của chúng) và đang chuyển động hướng về VTCB.

Nhận xét: hai dao động trên cùng pha.

• Tại mỗi thời điểm, hai vật dao động đều có trạng thái giống nhau, ta nói hai dao động này cùng pha.

c) Dao động lệch pha

Độ lệch pha giữa hai dao động có thể được đo bằng số phần của chu kì dao động hoặc bằng đơn vị độ hay radian. Trong thực tế, độ lệch pha được đo bằng đơn vị radian.