Trả lời nhanh
Một số ví dụ thực tế về dao động tắt dần: xích đu không được đẩy thêm sẽ dừng dần; dây đàn guitar sau khi gảy thì âm nhỏ dần rồi tắt; con lắc đồng hồ không lên dây sẽ dừng; bộ giảm xóc ô tô, xe máy; cánh cửa có thanh giảm chấn. Điểm chung: lực cản làm cơ năng giảm nên biên độ giảm dần theo thời gian.
Dao động tắt dần là gì?
Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian. Trong thực tế, vật dao động luôn chịu lực cản của không khí, nước hoặc lực ma sát ở chỗ treo, chỗ tiếp xúc. Các lực này sinh công âm, nên một phần cơ năng biến thành nhiệt (và âm thanh), cơ năng của hệ giảm dần.
Lực cản càng lớn thì dao động tắt càng nhanh. Nếu lực cản quá lớn, vật có thể không dao động mà chỉ trở về vị trí cân bằng rồi dừng.
Các ví dụ thực tế về dao động tắt dần
| Ví dụ | Lực cản chủ yếu | Biểu hiện tắt dần |
|---|---|---|
| Xích đu sau khi ngừng đẩy | Lực cản không khí, ma sát ở trục treo | Biên độ đu giảm dần, đu dừng hẳn |
| Dây đàn guitar, dây đàn violon sau khi gảy | Cản không khí, ma sát nội trong dây | Âm to dần chuyển nhỏ rồi tắt |
| Con lắc đồng hồ khi hết dây cót | Ma sát ở trục, cản không khí | Con lắc lắc ít dần rồi đứng yên |
| Quả chuông, chiếc chũm chọe sau khi bị đánh | Cản không khí, ma sát nội, truyền năng lượng ra âm thanh | Tiếng ngân nhỏ dần |
| Ván nhảy cầu sau khi người nhảy rời đi | Cản không khí, ma sát nội trong ván | Ván rung với biên độ giảm dần |
| Chiếc võng, cành cây bị lay rồi thả | Cản không khí | Đung đưa yếu dần |
| Bộ giảm xóc xe máy, ô tô | Lực cản của dầu trong ống giảm chấn | Thân xe chỉ nhún 1–2 lần rồi ổn định |
| Cửa tự đóng có thanh (ty) thuỷ lực | Lực cản của chất lỏng trong ty | Cửa đóng êm, không đập qua đập lại |
| Vật nhỏ nhún trên lò xo trong cốc nước | Lực cản nhớt của nước | Tắt rất nhanh |
Vì sao các dao động trên đều tắt dần?
- Ban đầu ta cung cấp cho vật một năng lượng (kéo lệch, gảy, đánh, đẩy).
- Trong lúc dao động, lực cản luôn ngược chiều chuyển động nên sinh công âm.
- Cơ năng của hệ (tỉ lệ với bình phương biên độ) giảm dần, nên biên độ giảm dần.
- Khi cơ năng hết, vật dừng lại ở vị trí cân bằng.
Lưu ý: khi lực cản nhỏ, chu kì dao động tắt dần gần như không đổi. Vì vậy tiếng đàn nhỏ dần nhưng cao độ vẫn giữ nguyên.
Dao động tắt dần có lợi hay có hại?
- Có lợi: bộ giảm xóc, thanh giảm chấn ở cửa, thiết bị giảm rung cho máy móc, cầu, nhà cao tầng. Người ta chủ động tăng lực cản để dao động tắt nhanh.
- Có hại: con lắc đồng hồ, xích đu, dây đàn bị tắt dần làm máy ngừng chạy, âm không kéo dài. Muốn duy trì phải bù năng lượng (dây cót, người đẩy xích đu, bộ phận kích thích dây đàn đàn điện).
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm dao động tắt dần với dao động duy trì: xích đu được đẩy đúng nhịp, đồng hồ có dây cót là dao động duy trì, không tắt dần.
- Cho rằng tắt dần làm chu kì giảm theo. Thực tế với lực cản nhỏ, chu kì gần như không đổi, chỉ biên độ giảm.
- Kể ví dụ “dao động của con lắc lò xo trong chân không, không ma sát” là tắt dần — đó là dao động điều hoà lí tưởng.
Mẹo nhớ: thấy vật dao động mà không có ai “tiếp sức”, chắc chắn nó đang tắt dần.
Bài luyện tập
Bài 1. Một con lắc có biên độ ban đầu 10 cm; sau mỗi chu kì biên độ giảm 4% so với chu kì trước. Tính biên độ sau 3 chu kì.
Đáp án: A = 10 · 0,963 = 10 · 0,884736 ≈ 8,85 cm.
Bài 2. Với dữ kiện bài 1, cơ năng sau mỗi chu kì giảm bao nhiêu phần trăm?
Đáp án: Cơ năng W tỉ lệ A2, nên Wsau/Wtrước = 0,962 = 0,9216. Cơ năng giảm 7,84% mỗi chu kì.
Bài 3. Vì sao bé ngồi xích đu cần người đẩy nhẹ đúng lúc, còn nếu đẩy lung tung thì xích đu không lên cao?
Đáp án: Xích đu dao động tắt dần do lực cản. Đẩy nhẹ đúng nhịp (cùng chiều chuyển động, cùng tần số dao động riêng) bù lại phần năng lượng mất đi, duy trì biên độ hoặc tăng dần. Đẩy sai nhịp thì có lúc lực đẩy ngược chiều chuyển động, không bù được năng lượng.
Câu hỏi thường gặp
Dao động tắt dần là gì? Cho ví dụ ngắn gọn.
Là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian do lực cản. Ví dụ: dây đàn sau khi gảy, xích đu không được đẩy, con lắc đồng hồ hết dây cót.
Dao động tắt dần có chu kì thay đổi không?
Khi lực cản nhỏ, chu kì gần như không đổi, chỉ biên độ và cơ năng giảm dần. Chỉ khi lực cản lớn thì dao động mới bị thay đổi rõ rệt hoặc không còn dao động.
Làm thế nào để duy trì dao động không bị tắt dần?
Cần cung cấp năng lượng bù lại phần mất do lực cản, đúng lúc và đúng nhịp, như lên dây cót cho đồng hồ hoặc đẩy xích đu đúng nhịp. Đó là dao động duy trì.
Bộ giảm xóc ô tô có phải ứng dụng của dao động tắt dần không?
Có. Dầu trong ống giảm chấn tạo lực cản lớn, làm dao động của thân xe tắt rất nhanh nên xe êm và ổn định hơn khi qua ổ gà.