Chào mừng quý vị đến với TƯ LIỆU & CUỘC SỐNG - Đinh Hữu Trường.
Quý vị chưa đăng nhập hoặc chưa đăng ký làm thành viên, vì vậy chưa thể tải được các tư liệu của Thư viện về máy tính của mình.
Nếu chưa đăng ký, hãy đăng ký thành viên tại đây hoặc xem phim hướng dẫn tại đây
Nếu đã đăng ký rồi, quý vị có thể đăng nhập ở ngay ô bên phải.
Gốc > Vật Lý phổ thông > Cơ học >
Đinh Hữu Trường @ 21:25 29/01/2011
Số lượt xem: 1328
Những khái niệm về dao động
1.1 Chu kì, tần số, và biên độ
Hình b trình bày một thí dụ cơ bản nhất của chúng
ta về một dao động. Với không có lực nào tác dụng lên nó,
lò xo giả sử có chiều dài cân bằng của nó, b/1. Nó có thể bị
kéo căng, 2, hay bị nén, 3. Chúng ta gắn lò xo vào tường ở
đầu bên trái và với một vật nặng ở bên phải. Nếu chúng ta
gõ quả nặng bằng một cái búa, 4, nó dao động như trình
bày trong loạt ảnh 4-13. Nếu chúng ta giả sử vật nặng trượt
tới lui không có ma sát và chuyển động là một chiều, thì sự
bảo toàn năng lượng chứng tỏ chuyển động đó phải có tính
lặp lại. Khi vật trở lại vị trí ban đầu của nó lần nữa, 7, thế
năng của nó là như cũ, nên nó phải có động năng như cũ.
Tuy nhiên, chuyển động ở hướng ngược lại. Cuối cùng, tại
10, nó quay lại vị trí ban đầu của nó với động năng bằng
như cũ và hướng chuyển động cũ. Chuyển động đã đi qua
một chu trình hoàn chỉnh, và lúc này sẽ lặp lại mãi mãi
trong sự vắng mặt của ma sát.
Thuật ngữ vật lí thông dụng chỉ loại chuyển động tự
lặp lại mãi mãi là chuyển động tuần hoàn, và thời gian cần
thiết cho một lần lặp lại được gọi là chu kì, T. (Không sử
dụng kí hiệu P vì nó có thể gây nhầm lẫn với động lượng)
Vì thế, thật tiện lợi hơn là nói về sự nhanh chóng của một
dao động theo số dao động mỗi giây, một đại lượng gọi tên
là tần số, f. Vì chu kì là số giây mỗi chu trình và tần số là
a/ Nếu chúng ta thử vẽ một quỹ đạo
không lặp lại của sao chổi Halley, nó sẽ
chắc chắn cuối cùng đi đến cắt qua chính
nó.
b/ Một lò xo có chiều dài cân bằng, 1, và
có thể bị kéo căng, 2, hay bị nén, 3. Một
vật nặng gắn vào lò xo có thể được đưa
vào chuyển động ban đầu, 4, và sau đó sẽ
dao động, 4-13.
Bài giảng Dao động và Sóng | © Benjamin Crowell _ hiepkhachquay dịch 3
số chu trình mỗi giây, nên chúng là nghịch đảo của nhau,
f = 1/T
Ví dụ 1. Trò chơi ngày hội
Trong trò chơi lễ hội thể hiện trên hình c, anh chàng nhà quê
cho là đẩy quả bowling trên đường vừa đủ mạnh sao cho nó đi
qua chỗ mô dốc và đi vào chỗ trũng, nhưng không quay trở lại
ra ngoài lần nữa. Nếu chỉ có các loại năng lượng là động năng
và thế năng có liên quan, thì điều này là không thể. Giả sử bạn
muốn quả bóng quay trở lại một điểm ví dụ như điểm biểu
diễn với đường viền đứt nét, sau đó dừng lại và quay trở lại.
Nó đã đi qua điểm này một lần trước đó, đi sang bên trái theo
đường của nó đi vào chỗ trũng. Khi đó nó đang chuyển động,
nên sự bảo toàn năng lượng cho chúng ta biết rằng nó không
thể nào đứng yên khi nó trở lại cũng điểm đó. Chuyển động
mà anh chàng kia hi vọng về mặt vật lí là không thể. Có một
chuyển động tuần hoàn có thể xảy ra về mặt vật lí trong đó
quả bóng lăn tới lui, vẫn giới hạn bên trong chỗ trũng, nhưng
không có cách nào đưa quả bóng vào chuyển động bắt đầu từ
nơi chúng ta bắt đầu. Dù vậy, có một cách thắng được trò chơi
đó. Nếu bạn làm cho quả bóng xoay tròn đủ mức, thì bạn có
thể tạo ra đủ ma sát động sao cho một lượng đáng kể nhiệt
phát sinh. Sự bảo toàn năng lượng khi đó cho phép quả bóng
nằm yên khi nó trở lại một điểm giống như điểm viền đứt nét,
vì động năng đã chuyển hóa thành nhiệt.
c/ Ví dụ 1
Ví dụ 2. Chu kì và tần số đập cánh của con ruồi
Một trò bịp trong phòng khách thời Victoria là lắng nghe âm hưởng của tiếng vo vo của con ruồi, tái tạo nốt
nhạc trên cây đàn piano, và cho biết cánh của con ruồi đã đập bao nhiêu lần trong một giây. Nếu cánh của
con ruồi đập, ví dụ, 200 lần trong một giây, thì tần số của chuyển động của chúng là f = 200/1s = 200s-1.
Chu kì là 1 phần 200 của một giây, T = 1/f = (1/200)s = 0,005 s.
Đơn vị nghịch đảo của giây, s-1, thật khó đọc, nên người ta tạo ra kí hiệu tắt cho nó. Một
Hertz, tên của một nhà tiên phong của công nghệ vô tuyến, là một chu trình trên giây. Ở dạng
viết tắt, 1 Hz = 1 s-1. Đây là đơn vị quen thuộc dùng cho tần số kênh radio.
Ví dụ 3. Tần số của đài phát thanh
Tần số của đài KKJZ là 88,1 MHz. Con số đó nghĩa là gì, và con số này ứng với chu kì bằng bao nhiêu ?
Tiếp đầu ngữ hệ mét M- là mega, tức là hàng triệu. Sóng vô tuyến phát ra bởi ănten phát của KKJZ dao
động 88,1 triệu lần mỗi giây. Con số này ứng với chu kì
T = 1/f = 1,14 x 10-8 s
Ví dụ này cho thấy một lí do thứ hai giải thích tại sao chúng ta thường phát biểu theo tần số chứ không theo
chu kì: thật là khổ sở khi phải nhắc tới những khoảng thời gian thường nhỏ như thế. Tôi có thể làm ngắn lại
bằng cách nói với mọi người rằng chu kì của đài KKJZ là 11,4 nano giây, nhưng đa số mọi người thường
quen thuộc với các tiếp đầu ngữ lớn hệ mét hơn là những tiếp đầu ngữ nhỏ.
Đơn vị của tần số còn thường được dùng để chỉ tốc độ của máy tính. Ý tưởng là toàn bộ
các mạch điện nhỏ trên một chip máy tính được đồng bộ hóa bởi những xung nhịp rất nhanh của
đồng hồ điện tử, nên tất cả các mạch điện có thể cùng tham gia vào một nhiệm vụ mà không có
cái nào trước cái nào sau. Cộng hai con số có thể cần, nói ví dụ, 30 chu trình đồng hồ. Các máy
vi tính ngày nay hoạt động ở tần số đồng hồ khoảng một gigahertz.
Bài giảng Dao động và Sóng | © Benjamin Crowell _ hiepkhachquay dịch 4
Chúng ta đã bàn việc làm thế nào đo một vật nào đó
dao động bao nhanh, nhưng chưa nói tới dao động lớn bao
nhiêu. Thuật ngữ chung cho đại lượng này là biên độ, A.
Định nghĩa của biên độ tùy thuộc vào hệ đang nói tới, và hai
người nói về cùng một hệ còn có thể không sử dụng cùng
một định nghĩa. Trong ví dụ vật nặng gắn vào một đầu lò xo,
d/1, biên độ sẽ được đo theo đơn vị khoảng cách, ví dụ như
cm. Người ta có thể làm việc theo khoảng cách mà vật đi
được từ tận cùng bên trái sang tận cùng bên phải, nhưng cách
có phần tiện lợi hơn trong vật lí học là sử dụng khoảng cách
từ chính giữa đến một đầu tận cùng. Cách thứ nhất thường
gợi tới biên độ đỉnh-đỉnh, vì hai đầu của chuyển động trông
giống như các đỉnh núi hay đỉnh núi lộn ngược trên đồ thị vị
trí theo thời gian.
Trong những tình huống khác, chúng ta thậm chí
không sử dụng cùng đơn vị đó cho biên độ. Biên độ của một
đứa trẻ trên ghế xích đu, hay một con lắc, d/2, sẽ tiện lợi nhất
là đo theo góc, chứ không theo khoảng cách, vì chân của đứa
trẻ sẽ đi được khoảng cách lớn hơn đầu của nó. Các dao động
điện trong máy thu thanh được đo theo các đơn vị điện là
volt hoặc ampe.
(còn nữa)
Đinh Hữu Trường @ 21:25 29/01/2011
Số lượt xem: 1328
Số lượt thích:
0 người
- Bài giảng Dao động và Sóng (Phần 1) (14/09/10)
- Cơ Học Lượng Tử: Khải thị về sự giới hạn của loài người (26/06/10)
- NHỮNG BÀI TẬP HAY VỀ CƠ HỌC (18/02/10)
- Ứng dụng phương trình động lượng và mômen động lượng vào chất lỏng (25/08/09)
- Chuyên đề: Sự va chạm của vật rắn (25/08/09)
Các ý kiến mới nhất