Công thức vật lý 12 chương 1: dao động cơ, bài 4: các loại dao động

$S$

Công thức :

 $S=\frac{k{A}^2}{2F_C}$

Với S : Quãng đường vật đi được đến khi dừng $\left(m\right)$

$A:$Biên độ dao động $\left(m\right)$

$k:$Độ cứng của lò xo $\left(N/m\right)$

$F_C:$ Lực cản $\left(N\right)$

Chứng minh : $W=A_{F_C}\iff \frac{1}{2}k{A}^2=F_{C}S$

$∆A$

- Độ giảm biên độ sau một dao động:  

$∆A=\frac{4F_C}{m{\omega }^2}=\frac{4F_C}{k}$

với $F_C$ là lực cản

Nếu F_C là lực ma sát thì $∆A=\frac{4{\mu }_{t}N}{k}$

Nếu vật chuyển động theo phương ngang: $∆A=4x_0=\frac{4{\mu }_{t}mg}{k}$

$N\text{'},t$

- Số dao động thực hiện được: :

$N\text{'}=\frac{A}{x_0}=\frac{kA}{4F_C}$

Nếu là lực ma sát : $N\text{'}=\frac{kA}{4{\mu }_{t}N}$

Thời gian đến lúc dừng: $t=N\text{'}T$ ,với T là chu kì dao động $\left(s\right)$

Số lần qua VTCB của vật

+ khi $n\le N\text{'}\le n,25$ (n là số nguyên) thì số lần qua VTCB sẽ là 2n.

+ khi $n,25\le N\text{'}\le n,75$ thì số lần qua VTCB của vật là 2n+1.

+ khi $n,75\le N\text{'}\le n+1$ thì số lần qua VTCB của vật là 2n+2.

$v$

Chứng minh : 

$$\begin{gathered} W=W_{đ}+W_t+A_{F_{ms}} \\ \iff \frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}k{A}^2-\frac{1}{2}k{x}^2-F_{ms}.S \\ \Rightarrow v=\sqrt{\frac{k\left(A^2-x^2\right)-2F_{ms}S}{m}} \end{gathered}$$

Với v: vận tốc của vật $\left(m/s\right)$

      $A:$Biên độ của dao động $\left(m\right)$

      x: Li độ của vật $\left(m\right)$

      $F_{ms}:$ Lực ma sát $\left(N\right)$

      $S:$ Quãng đường vật đã đi $\left(m\right)$

      m : Khối lượng của vật $\left(kg\right)$

$A_c$

Lập tỉ số

k=$\frac{A}{2x_0}=n+q \left(q<1\right)$

Biên độ cuối : 

$A_c=q \left(q<0,5\right)$

$A_c=x_0+\left(\frac{1}{2}-q\right)4x_0 \left(q>0,5\right)$

$W$

Công thức :

Độ giảm năng lượng của dao động sau 1 chu kì :

$∆W=W_1-W_2=\frac{1}{2}mgl\left({{\alpha }^2}_1-{{\alpha }^2}_2\right)$

Sau N chu kì $N∆W=\frac{Nmgl}{2}\left({{\alpha }^2}_1-{{\alpha }^2}_2\right)$

Năng lượng cần cung cấp sau N chu kì : $W=$$N∆W=\frac{Nmgl}{2}\left({{\alpha }^2}_1-{{\alpha }^2}_2\right)$

Công suất cung cấp năng lượng:

$\mathcal{P}=\frac{W}{t}=\frac{\frac{Nmgl}{2}\left({{\alpha }^2}_1-{{\alpha }^2}_2\right)}{NT}$

$∆W$

Công thức : 

$∆W=\left(1-{\left(\frac{A}{A_0}\right)}^2\right)W$

Với $∆W :$ Độ giảm cơ năng $\left(J\right)$

      $A:$Biên độ lúc sau $\left(m\right)$

     $A_0$ : Biên độ ban đầu $\left(m\right)$

     $W :$Cơ năng ban đầu $\left(m\right)$

$v_{n0}$

Công thức

$v_{n0}=\omega \sqrt{{\left(A-\left(2n-1\right)x_0\right)}^2-{x^2}_0}$

Với $x_0=\frac{\mu mg}{k}$  độ giảm biên độ $\frac{1}{4}$ chu kì , n số lần qua VTCB

Vận tốc cực đại qua VTCB lần đầu:

$v_{max}=\omega \left(A-x_0\right)$

Dao động tự do

Dao động tự do là dao động mà chu kì và tần số của hệ chỉ phục thuộc vào cấu tạo của hệ mà không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài.

Ví dụ :

Chu kì của con lắc lò xo : $T=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{k}}}$

Chu kì của con lắc đơn : $T=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{l}{g}}$

$f_{cb}=f_{ngoại lực}=f_0$

- Khi vật dao động cưỡng bức thì tần số (chu kì) dao động của vật bằng với tần số (chu kì) của ngoại lực:  

$f_{cb}=f_{ngoại lực}=f_0$

$T_{cb}=T_{ngoại lực}=T_0$

và khi đó $A_{cb}$ max

+Hiện tượng cộng hưởng chỉ xảy ra với dao động cưỡng bức

+Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào ma sát của môi trường.

$T=\frac{L}{v} ;$$v=\frac{L}{T_0}=L.f_0$

Vận tốc của xe để con lắc đặt trên xe có cộng hưởng (biên độ dao động cực đại):

Chu kì kích thích $T=\frac{L}{v}$ trong đó L là khoảng cách ngắn nhất giữa hai mối ray tàu hỏa hoặc hai ổ gà trên đường…

Công thức : $v=\frac{L}{T_0}=L.f_0$

với $T_0=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$ hay $T_0=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$

Dao động cưỡng bức là dao động của hệ chịu tác dụng của ngoại lực biến thiên tuần hoàn:

$F=F_0\cos \left({\omega }_{ngoại lực}t+\phi \text{'}\right)$

Dao động cưỡng bức là dao động của hệ chịu tác dụng của ngoại lực biến thiên tuần hoàn:

$F=F_0\cos \left({\omega }_{ngoại lực}t+\phi \text{'}\right)$

Hệ có đặc diểm : 

$$\begin{gathered} T_{ngoại lực}=T_{cb}=T \\ {f}_{ngoại lực}=f_{cb}=f \end{gathered}$$

Biên độ hệ dao động phụ thuộc vào $T_{cb} và T_0$ ; $T_0$ là chu kì riêng của hệ dao động ; tỉ lệ với biên độ ngoại lực

Khi $f_{cb}\to f_0$ thì A càng lớn ; $f_0=f_{cb}$ xảy ra cộng hưởng A lớn nhất .A phụ thuộc vào ma sát của môi trường

Dao động tắt dần ,dao động duy trì 

$f_{hệ}=f_0$

Dao động tắt dần  là dao động có  $$\begin{gathered} A \\ W \end{gathered}$$ giảm dần ; $$\begin{gathered} T \\ f \end{gathered}$$ không đổi . Ma sát càng lớn vật càng nhanh tắc dần.

Dao động duy trì là dao động tắt dần mà ta cung cấp cho hệ một phần năng lượng mà vật mất đi do ma sát mỗi chu kì .Ví dụ : con lắc đồng hồ