Trả lời nhanh
Dao động cơ học là chuyển động qua lại của một vật quanh một vị trí cân bằng. Vị trí cân bằng thường là vị trí vật đứng yên khi không có lực làm vật dao động. Phát biểu “quỹ đạo xác định, sau những khoảng thời gian bằng nhau vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ” mô tả tính chất lặp lại, tức là dao động tuần hoàn, chứ chưa phải định nghĩa tổng quát của dao động cơ học.
Định nghĩa dao động cơ học
Hãy nhìn quả lắc đồng hồ, cành cây khi gió thổi qua hay sợi dây đàn sau khi gảy. Chúng đều chuyển động lặp đi lặp lại về hai phía của một vị trí nhất định. Đó là dao động cơ học.
Hai dấu hiệu để nhận biết là: (1) có một vị trí cân bằng làm “tâm” của chuyển động; (2) vật đi qua lại hai bên vị trí đó. Dao động cơ học không đòi hỏi phải lặp lại hoàn toàn chính xác.
Dao động cơ học, dao động tuần hoàn, dao động điều hoà
Ba khái niệm này nằm lồng nhau, giống như hình tròn nhỏ nằm trong hình tròn lớn.
| Khái niệm | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Dao động cơ học | Chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng | Lá cây rung trong gió |
| Dao động tuần hoàn | Dao động mà trạng thái lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau | Quả lắc đồng hồ chạy ổn định |
| Dao động điều hoà | Dao động tuần hoàn mà li độ biến thiên theo quy luật hàm cos (hoặc sin) của thời gian | Con lắc lò xo khi bỏ qua ma sát |
Như vậy mọi dao động điều hoà đều là dao động tuần hoàn, mọi dao động tuần hoàn đều là dao động cơ học, nhưng chiều ngược lại thì không đúng.
Vì sao phát biểu ở đề bài hay bị chọn nhầm?
Nhiều học sinh thấy cụm “sau những khoảng thời gian bằng nhau vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ” rất quen nên chọn ngay. Thực ra đó là định nghĩa của dao động tuần hoàn (cộng với khái niệm chu kì). Đề trắc nghiệm dùng chiêu này để kiểm tra bạn có phân biệt hai khái niệm hay không.
- Gặp từ “chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng”, nghĩ ngay đến dao động cơ học.
- Gặp từ “sau những khoảng thời gian bằng nhau”, nghĩ đến tính tuần hoàn.
- Gặp “theo quy luật cos hoặc sin”, nghĩ đến dao động điều hoà.
Một số đại lượng đặc trưng
- Li độ (x): độ lệch của vật so với vị trí cân bằng, có dấu theo chiều chọn dương.
- Biên độ (A): li độ cực đại, luôn dương.
- Chu kì (T): thời gian thực hiện một dao động toàn phần, đơn vị giây (s).
- Tần số (f): số dao động toàn phần trong 1 giây, f = 1/T, đơn vị héc (Hz).
Một dao động toàn phần là khi vật đi từ một vị trí rồi trở về đúng vị trí đó và chuyển động theo cùng chiều như ban đầu, ví dụ O → +A → O → –A → O.
Ví dụ có tính toán
Một vật dao động, trong 20 giây thực hiện được 40 dao động toàn phần. Chu kì là T = 20/40 = 0,5 s; tần số là f = 1/0,5 = 2 Hz. Nếu biên độ là 4 cm thì quãng đường vật đi được trong đúng một chu kì là 4A = 16 cm.
Dao động tắt dần và dao động duy trì
Trong thực tế có ma sát nên biên độ giảm dần, đó là dao động tắt dần. Muốn dao động không tắt, ta bổ sung năng lượng đều đặn, như cơ cấu cót trong đồng hồ cơ, gọi là dao động duy trì. Các loại này vẫn là dao động cơ học, nhưng không còn là dao động điều hoà lí tưởng.
Luyện tập có đáp án
- Chuyển động của một người đi bộ đều trên đường thẳng có phải dao động cơ học không? Không, vì không lặp lại qua lại quanh một vị trí cân bằng.
- Pit-tông trong xi-lanh động cơ chuyển động lên xuống đều đặn. Đó là loại dao động gì? Là dao động cơ học và là dao động tuần hoàn (gần với điều hoà nhưng không hoàn toàn).
- Một vật chuyển động tròn đều, hình chiếu của nó lên một đường kính chuyển động thế nào? Là dao động điều hoà, đây là cơ sở của phương pháp đường tròn lượng giác.
Lỗi sai thường gặp
- Đồng nhất dao động cơ học với dao động điều hoà.
- Nhầm “một dao động toàn phần” với “nửa dao động” khi tính chu kì.
- Quên rằng biên độ luôn là số dương còn li độ có thể âm.
Câu hỏi thường gặp
Dao động cơ học là gì?
Dao động cơ học là chuyển động qua lại của một vật quanh một vị trí cân bằng. Chuyển động này có thể tuần hoàn hoặc không.
Dao động tuần hoàn khác dao động cơ học thế nào?
Dao động tuần hoàn là trường hợp riêng của dao động cơ học, trong đó trạng thái của vật lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau.
Dao động điều hoà là gì?
Là dao động tuần hoàn mà li độ biến thiên theo hàm cos hoặc sin của thời gian, ví dụ con lắc lò xo khi bỏ qua ma sát.
Một dao động toàn phần là gì?
Là quá trình vật đi từ một vị trí rồi trở về đúng vị trí đó và chuyển động theo cùng chiều như ban đầu; thời gian thực hiện nó là chu kì T.