Trả lời nhanh
Dao động cơ là chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng. Ví dụ quen thuộc: quả nặng treo lò xo, con lắc đồng hồ, xích đu, dây đàn ghi-ta, mặt trống, cành cây trong gió, chiếc phao nhấp nhô trên mặt nước, kim máy khâu, pit-tông trong động cơ. Điểm chung: vật luôn đi qua, rồi quay lại, vị trí cân bằng.
Cách nhận biết một chuyển động là dao động
Muốn biết một hiện tượng có phải dao động cơ hay không, em hỏi ba câu sau:
- Có một vị trí cân bằng (vị trí vật đứng yên khi không bị kích thích) hay không?
- Vật có chuyển động hai phía của vị trí cân bằng không?
- Chuyển động có lặp đi lặp lại theo thời gian không (hoàn toàn hoặc gần như hoàn toàn)?
Nếu cả ba câu đều trả lời “có” thì đó là dao động. Nếu sau mỗi khoảng thời gian bằng nhau trạng thái chuyển động lặp lại đúng như cũ, ta gọi đó là dao động tuần hoàn; khoảng thời gian ngắn nhất để lặp lại là chu kì T, số dao động trong một giây là tần số f = 1/T.
Bảng ví dụ về dao động trong đời sống và kĩ thuật
| Ví dụ | Vị trí cân bằng | Kiểu dao động thường gặp |
|---|---|---|
| Quả nặng treo vào lò xo, kéo xuống rồi thả | Vị trí lò xo cân bằng với trọng lực | Tự do (tắt dần chậm nếu ma sát nhỏ) |
| Con lắc đơn (quả nặng buộc dây nhẹ) | Dây thẳng đứng | Tự do, gần điều hoà nếu góc lệch nhỏ |
| Xích đu bị đẩy một lần rồi để mặc | Ghế ở điểm thấp nhất | Tắt dần |
| Em bé đu xích đu, người lớn đẩy đúng nhịp | Ghế ở điểm thấp nhất | Cưỡng bức, có thể cộng hưởng |
| Con lắc đồng hồ quả lắc | Thanh lắc thẳng đứng | Duy trì (nhờ bộ phận cấp năng lượng) |
| Dây đàn ghi-ta khi gảy | Vị trí dây căng thẳng | Tắt dần |
| Mặt trống khi gõ | Mặt trống phẳng | Tắt dần |
| Chiếc phao trên mặt nước có sóng | Mực nước yên lặng | Cưỡng bức |
| Kim của máy khâu | Vị trí giữa hành trình lên – xuống | Cưỡng bức |
| Cành cây, tấm biển khi có gió | Vị trí khi lặng gió | Cưỡng bức, tắt dần khi hết gió |
Phân loại nhanh các ví dụ
- Dao động tự do: vật tự dao động sau khi được kích thích ban đầu, với tần số riêng do chính hệ quyết định (con lắc lò xo, con lắc đơn).
- Dao động tắt dần: biên độ giảm dần vì ma sát, lực cản của không khí (dây đàn, mặt trống, xích đu không ai đẩy).
- Dao động duy trì: bù năng lượng đúng lúc, đúng lượng để biên độ không đổi (đồng hồ quả lắc).
- Dao động cưỡng bức: chịu tác dụng của ngoại lực tuần hoàn, dao động với tần số của ngoại lực (kim máy khâu, phao trên sóng).
- Cộng hưởng: khi tần số ngoại lực bằng tần số riêng thì biên độ tăng mạnh (đẩy xích đu đúng nhịp; cầu rung mạnh khi đoàn người bước đều).
Những chuyển động KHÔNG phải dao động
- Xe chạy thẳng trên đường: không quay lại vị trí cũ, không có vị trí cân bằng.
- Quả táo rơi: chỉ đi một chiều.
- Kim giây quay tròn: là chuyển động tròn đều, tuần hoàn nhưng không “qua lại” quanh một vị trí cân bằng. Tuy nhiên hình chiếu của chuyển động tròn đều lên một đường kính lại là dao động điều hoà – đây là cách mô tả dao động bằng đường tròn mà em sẽ gặp khi học sâu hơn.
- Sóng biển lan đi xa: bản thân sóng là sự lan truyền; chỉ phần tử nước tại mỗi điểm mới dao động.
Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng mọi chuyển động lặp lại đều là dao động. Cần có vị trí cân bằng và chuyển động hai phía.
- Nhầm “dao động” với “sóng”: dao động là chuyển động của một vật, sóng là sự lan truyền dao động trong môi trường.
- Cho rằng dao động tắt dần thì chu kì giảm. Thực tế biên độ giảm, còn chu kì của hệ nhìn chung gần như không đổi khi lực cản nhỏ.
- Gọi đồng hồ quả lắc là dao động tự do. Nó là dao động duy trì vì được cấp thêm năng lượng.
Mẹo nhớ: tự do – “thả ra”; tắt dần – “mất dần”; duy trì – “được bù”; cưỡng bức – “bị ép nhịp”.
Bài luyện tập có đáp án
Bài 1. Trong các chuyển động sau, chuyển động nào là dao động cơ: (a) cánh cửa đu đưa sau khi bị đẩy nhẹ; (b) ô tô chạy thẳng đều; (c) quả bóng bàn nảy lên xuống trên mặt bàn; (d) pit-tông trong xi-lanh?
Đáp án: (a) và (d). Cánh cửa qua lại quanh vị trí đóng; pit-tông đi lên – xuống quanh vị trí giữa hành trình. Ô tô chạy thẳng không có vị trí cân bằng. Bóng bàn nảy lên xuống thì thực chất bị bật khỏi mặt bàn, thường không coi là dao động quanh một vị trí cân bằng, và nó tắt rất nhanh.
Bài 2. Một con lắc thực hiện 30 dao động toàn phần trong 15 s. Tính chu kì và tần số.
Đáp án: T = 15 : 30 = 0,5 s; f = 1/T = 2 Hz.
Bài 3. Dòng điện xoay chiều ở nước ta có tần số 50 Hz. Một vật dao động cưỡng bức theo dòng điện này thì chu kì dao động là bao nhiêu?
Đáp án: Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số ngoại lực, nên T = 1/50 = 0,02 s.
Bài 4. Hãy tự nêu thêm hai ví dụ dao động tắt dần và hai ví dụ dao động cưỡng bức trong lớp học hoặc ở nhà.
Gợi ý: tắt dần: thước kẻ nhựa kẹp mép bàn bật rồi để yên; quả lắc con lắc đơn tự làm bằng dây và ốc vít. Cưỡng bức: cánh quạt làm rung chiếc bàn; màng loa rung theo tín hiệu âm thanh.
Cách làm bài khi đề yêu cầu “tìm thêm ví dụ”
Khi trả lời, em nêu tên vật, nói rõ vị trí cân bằng và mô tả chuyển động qua lại. Nên chọn những ví dụ gần gũi (xích đu, dây đàn, đồng hồ) và thêm một câu phân loại. Cách trình bày này vừa đủ ý, vừa cho thấy em hiểu bản chất khái niệm.
Câu hỏi thường gặp
Dao động cơ là gì?
Dao động cơ là chuyển động qua lại của một vật quanh một vị trí cân bằng. Nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau trạng thái chuyển động lặp lại như cũ thì đó là dao động tuần hoàn.
Kể ba ví dụ về dao động trong đời sống?
Xích đu đưa qua lại, dây đàn ghi-ta rung khi gảy, con lắc của đồng hồ quả lắc. Ngoài ra có cành cây rung trong gió, màng loa, mặt trống.
Chuyển động tròn đều có phải dao động không?
Không. Chuyển động tròn đều là tuần hoàn nhưng không qua lại quanh một vị trí cân bằng. Tuy vậy hình chiếu của nó lên một đường kính là dao động điều hoà.
Đồng hồ quả lắc là dao động gì?
Là dao động duy trì: hệ được cấp thêm năng lượng đúng lúc để bù phần mất do ma sát, nên biên độ dao động gần như không đổi.