Bài giảng Vật lý 2 - Bài: Dao động & sóng - Lê Quang Nguyên

Nội dung text: Bài giảng Vật lý 2 - Bài: Dao động & sóng - Lê Quang Nguyên

1. Nội dung 1. Dao động điều hòa 2. Dao động tắt dần 3. Dao động cưỡng bức Dao động & sóng 4. Các loại sóng 5. Các đặc trưng của sóng 6. Sóng cơ Lê Quang Nguyên www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen 7. Sóng điện từ nguyenquangle59@yahoo.com 2. Dao động điều hòa 2a. Con lắc lò xo Lúc t = 0 x = Asin φ • Một đại lượng x dao • Đại lượng dao động là x: động điều hòa khi nó độ lệch của vật ra khỏi vị biến đổi theo kiểu trí cân bằng. hình sin. • Tần số góc: -A x= A sin ( ωt + φ ) k ω = • Chu kỳ: T = 2π/ω m x • A: biên độ dao động. • Tần số: f = 1/T m • ω: tần số góc (rad/s). • Cơ năng được bảo toàn: A • x thỏa phương trình: • ωt + φ: pha (rad). 1 1 1 d2 x E= kx2 + mv 2 = kA 2 • φ: pha ban đầu. +ω2 x = 0 2 2 2 dt 2
2. Bài tập 1 Trả lời BT 1 Một con lắc đơn được treo ở trần một thang máy. • Trọng lượng biểu kiến của con lắc khi thang Khi thang máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc a, máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc a: chu kỳ của con lắc là: m( g+ a ) • Do đó chu kỳ dao động là: L T = 2π g+ a • Trả lời: B Bài tập 2 Trả lời BT 2 Một thanh rắn khối lượng M, chiều dài L dao • Chu kỳ dao động của thanh = chu kỳ con lắc động điều hòa quanh một đầu của nó. Nếu L = 1 đơn chiều dài L’ : m thì chu kỳ của thanh bằng chu kỳ của một con I L ′ lắc đơn có chiều dài: = mgL2 g A. 33 cm B. 50 cm C. 67 cm D. 100 cm E. 150 cm • Momen quán tính của thanh đối với một đầu của nó là: I= ML 2 3 • Vậy: 2 ′ ′ mL3 = L ⇒ 2L= L mgL2 g 3g g
3. Bài tập 4 Trả lời BT 4 Năm con lắc đàn hồi thực hiện dao động tắt dần. • Cơ năng của con lắc đàn hồi: Hệ số đàn hồi k, khối lượng m, và hệ số lực cản r 1 −β 2 E= kAe()t được cho như dưới đây. Trường hợp nào thì suất 2 giảm cơ năng là nhỏ nhất? • Suất giảm cơ năng: dE1 d − β 1 − β A. k = 100 (N/m), m = 50 (g), r = 8 (g/s) − = − 2 2 t = −2() − β 2 t kA e kA2 e B. k = 150 (N/m), m = 50 (g), r = 5 (g/s) dt2 dt 2 C. k = 150 (N/m), m = 10 (g), r = 8 (g/s) = βkA2 e − 2 βt D. k = 200 (N/m), m = 8 (g), r = 6 (g/s) E. k = 100 (N/m), m = 2 (g), r = 4 (g/s) • Suất giảm cơ năng nhỏ nhất ứng với giá trị nhỏ nhất của β = r/2m. (Trường hợp B) 5. Các loại sóng 6a. Mặt sóng • Trong một môi trường • Sóng điện từ là sự lan • Mặt sóng là quỹ tích những vị trí đàn hồi các phân tử truyền của điện từ dao động cùng pha trong môi liên kết với nhau, trường biến thiên. trường truyền sóng. • vì vậy nếu một số phân • Sóng vật chất là một • Tia sóng là các đường vuông góc tử dao động thì các loại sóng đặc biệt, sẽ với các mặt sóng. phân tử kế cận cũng được xét tới trong dao động theo, tạo nên phần Cơ Học Lượng Mặt sóng sóng cơ . Tử. cầu • Ví dụ: sóng trên dây , trên lò xo, sóng nước, sóng âm Mặt sóng phẳng Tia sóng
4. 7a. Vận tốc truyền sóng cơ 7b. Vận tốc truyền sóng âm • Vận tốc sóng dọc trong môi trường đàn hồi: • Vận tốc truyền sóng âm trong một chất khí: = E E: suất Young (định nghĩa ) γ RT vl v = ρ ρ: khối lượng riêng M • Vận tốc sóng ngang trong môi trường đàn hồi: • trong đó: G C v = G: suất trượt γ = P t ρ CV • Vận tốc sóng ngang trên dây: • R, M lần lượt là hằng số khí lý tưởng và khối T T: sức căng lượng mole của khí. v = t µ μ: khối lượng một đơn vị dài dây • Vận tốc sóng âm trong một số môi trường. 7c. Năng lượng của sóng cơ Bài tập 5 • Xét sóng hình sin: uA=sin (ω tkx − ) Sóng truyền trên một dây có biểu thức sau: • Mật độ năng lượng của sóng là: y(x, t) = (2.0mm)sin[(4.0m−1)x − (3.0s−1)t] w= ρω 2 u 2 Tìm: • Mật độ năng thông = năng lượng qua một đơn (a)Vận tốc dao động cực đại của các phần tử trên vị diện tích vuông góc với sóng trong một đơn dây. vị thời gian: (b) Vận tốc truyền sóng. P= wv • Cường độ sóng = trung bình mật độ năng thông: 1 I= ρ v ω 2 A 2 Cường độ ~ bình phương biên độ 2
5. Trả lời BT 6b) Trả lời BT 6c) • Máy thu chuyển động về phía nguồn với vận • Khi nguồn và máy thu chuyển động lại gần tốc vD = 100 m/s thì tần số tăng: nhau, tần số tăng theo công thức: v+ v v+ v f′ = f D f′ = f D vv= = 100 ( ms ) v v− v D S + S = ×340 100 = 1000()Hz 1294 () Hz 340+ 100 340 f′ =1000() Hz × = 1833 () Hz 340− 100 8a. Sóng điện từ phẳng 8b. Năng lượng sóng điện từ phẳng • Điện trường và từ trường vuông góc với • Mật độ năng lượng: phương truyền sóng (sóng ngang). w = εε E µµ H • Điện trường và từ trường vuông góc với nhau. 0 0 • Điện trường và từ trường dao động cùng tần • Vectơ mật độ năng thông: số, cùng pha. P =E × H • Tích E × B chỉ chiều truyền sóng. E E = c • Cường độ sóng tỷ lệ với biên độ điện trường hay từ trường: B B 1 = 1 εε 1 µµ εε µµ k I =0 E 2 = 0 H2 0 0 µµ m εε m 2 0 2 0