Trả lời nhanh
Chu kì dao động là khoảng thời gian ngắn nhất để vật trở lại trạng thái ban đầu, tức là trở về cùng vị trí và cùng chiều chuyển động như lúc đầu. Đó cũng là thời gian vật thực hiện đúng một dao động toàn phần. Kí hiệu là T, đơn vị giây (s).
Định nghĩa chu kì dao động
Với dao động điều hoà (hoặc dao động tuần hoàn nói chung), trạng thái của vật được xác định bởi hai yếu tố: vị trí và chiều (vận tốc) chuyển động. Sau mỗi khoảng thời gian T, cả hai yếu tố này lặp lại như cũ. Khoảng thời gian nhỏ nhất như vậy chính là chu kì.
Chữ “ngắn nhất” rất quan trọng: sau 2T, 3T… trạng thái vật cũng lặp lại, nhưng chỉ T mới là chu kì.
Vì sao “trở lại vị trí cũ” chưa đủ?
Lấy con lắc lò xo dao động quanh vị trí cân bằng O. Vật đi qua O theo chiều dương, rồi tới biên, quay lại và đi qua O theo chiều âm. Lúc này vật đã về đúng vị trí O nhưng chiều chuyển động ngược lại, nên chưa phải trạng thái ban đầu. Phải đi thêm nửa chu kì nữa vật mới qua O theo chiều dương lần kế tiếp.
Vì vậy, các cách phát biểu sau đây thường gặp trong đề trắc nghiệm đều không phải định nghĩa đúng của chu kì:
- “Thời gian vật đi từ biên này đến biên kia”: đây chỉ là T/2.
- “Thời gian vật đi từ vị trí cân bằng ra biên”: đây là T/4.
- “Thời gian ngắn nhất để vật trở lại vị trí ban đầu” mà bỏ qua chiều chuyển động: thiếu điều kiện, trừ khi vật xuất phát từ biên (khi đó vị trí biên tự xác định luôn trạng thái).
Còn phát biểu “thời gian vật đi được quãng đường 4A” thì đúng với chu kì, vì trong một chu kì vật đi được đúng 4A (A là biên độ).
Các công thức liên quan đến chu kì
| Đại lượng | Công thức | Ghi chú |
|---|---|---|
| Theo số dao động | T = t / N | N dao động toàn phần trong thời gian t |
| Theo tần số | T = 1 / f | f tính bằng Hz |
| Theo tần số góc | T = 2π / ω | ω tính bằng rad/s |
| Con lắc lò xo | T = 2π√(m/k) | m (kg), k (N/m) |
| Con lắc đơn (góc nhỏ) | T = 2π√(l/g) | l (m), g (m/s2) |
Mẹo nhớ các mốc thời gian
- Một chu kì T: quãng đường 4A.
- T/2: quãng đường 2A (biên này sang biên kia).
- T/4: quãng đường A nếu xuất phát từ vị trí cân bằng hoặc từ biên.
Hãy nhớ: “chu kì là một vòng trọn vẹn, đi và về cùng chiều cũ”.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm chu kì với tần số: T lớn nghĩa là dao động chậm, f lớn nghĩa là dao động nhanh, hai đại lượng nghịch đảo nhau.
- Đếm sai N: đếm “lần qua vị trí cân bằng” thay vì số dao động toàn phần (mỗi dao động qua O hai lần).
- Quên đổi đơn vị (cm sang m, g sang kg) khi dùng công thức con lắc.
- Cho rằng chu kì phụ thuộc biên độ: với dao động điều hoà, T không phụ thuộc biên độ mà chỉ phụ thuộc đặc tính của hệ.
Bài luyện tập (ví dụ tự đặt)
Bài 1. Một vật thực hiện 50 dao động toàn phần trong 40 s. Tính chu kì và tần số.
Giải: T = t/N = 40/50 = 0,8 s; f = 1/T = 1,25 Hz.
Bài 2. Vật dao động điều hoà với tần số góc ω = 5π rad/s. Tính chu kì.
Giải: T = 2π/ω = 2π/(5π) = 0,4 s.
Bài 3. Con lắc lò xo có m = 0,25 kg, k = 100 N/m. Tính chu kì.
Giải: m/k = 0,0025, √(m/k) = 0,05 nên T = 2π·0,05 = 0,1π ≈ 0,314 s.
Câu hỏi thường gặp
Chu kì dao động là gì?
Là khoảng thời gian ngắn nhất để vật trở lại trạng thái ban đầu (cùng vị trí, cùng chiều chuyển động), cũng chính là thời gian thực hiện một dao động toàn phần. Kí hiệu T, đơn vị giây.
Chu kì và tần số khác nhau thế nào?
Chu kì là thời gian của một dao động, tần số là số dao động trong một giây. Hai đại lượng nghịch đảo nhau: f = 1/T.
Thời gian đi từ biên này đến biên kia bằng bao nhiêu chu kì?
Bằng nửa chu kì (T/2), vì khi đó vật mới đi được một nửa vòng dao động và quãng đường là 2A.
Chu kì dao động điều hoà có phụ thuộc biên độ không?
Không. Chu kì chỉ phụ thuộc đặc tính của hệ, ví dụ con lắc lò xo phụ thuộc m và k, con lắc đơn phụ thuộc l và g.