Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 2 - TS. Phạm Thị Hải Miền

Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 2 - TS. Phạm Thị Hải Miền có nội dung gồm 2 phần: phần A trình bày về dao động cơ, dao động điều hòa, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức; phần B trình bày về sóng cơ, sóng âm, sóng dừng... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 2 - TS. Phạm Thị Hải Miền CHƢƠNG 2 DAO ĐỘNG SÓNG A. DAO ĐỘNG CƠ1. Dao động điều hòa .2. Dao động tắt dần.3. Dao động cưỡng bức. B. SÓNG CƠ1. Sóng cơ.2. Sóng âm.3. Sóng dừng. 1A1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 2Xét con lắc lò xo gồm quả cầu m gắn vào lò xo chiều dài L và độ cứng k.Kéo m ra khỏi vị trí cân bằng O một đoạn x, xuất hiện lực đàn hồi: Fñh  k.xÁp dụng định luật 2 Newton: F  ma  kx  ma  mx 2 d x  kx  m 2 k dtĐặt:   02 m d2x 2 Phương trình vi phân  2   0x  0 -- của dao động cơ điều hòa dtNghiệm của phương dao động cơ điều hòa: x  A0 cos0t    A0 ,  0 , - biên độ, tần số góc, pha ban đầu của dao động. 2 m 0t    và - T0   2 - pha và chu kỳ dao động. 0 k 3 x  A0 cos0t    Độ dời của vật m dx v  0 A 0 sin0t    Vận tốc của vật dt d2x a  2  02 A 0 cos0 t     02 x Gia tốc của vật dt mv2 1 Wñ   m02 A02 sin 2 0 t    Động năng 2 2 kx 2 1 2 Wt   kA0 cos 2 0 t    Thế năng 2 2 1 2 W  Wd  Wt  kA0  const Cơ năng bảo toàn 2Động năng và thế năng trong dao động điều hòa biến đổi tuần hoàn và chuyển hóa lẫn nhau, nhưng cơ năng luôn bảo toàn. 4 DAO ĐỘNG CƠ ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC VẬT LÝ• Con lắc vật lý là một vật rắn khối lượng m quay không ma sát quanhmột trục ngang cố định đi qua điểm treo của nó.• Kéo con lắc khỏi VTCB góc nhỏ α. Lực Pt tạo momen quay làm conlắc quay quanh trục ngang qua O.   M  I   Pt .OG  I  mgd  (mg )d  I       0 I mgd Đặt: 0  I     0   0 -- PT dao động điều hòa con lắc. 2 2 I T0   2 -- Chu kì dao động. 0 mgd Với: I - mômen quán tính của con lắc đối với trục quay qua O. d – khoảng cách từ khối tâm con lắc đến trục quay. 5 DAO ĐỘNG CƠ ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC ĐƠN• Con lắc đơn gồm một quả cầu nhỏ khối lượng m (xem như chất điểm)treo vào một sợi dây dài l không dãn không khối lượng.• Giải bài toán con lắc đơn tương tự như con lắc vật lý.• Momen quán tính của con lắc đơn I  ml 2 l T0  2 g 6 BÀI TẬP VÍ DỤ 1Chất điểm m nằm trong trường lực có thế năng: U  U 0 (1  cos  x), (U 0 ,   const )Tìm chu kì dao động nhỏ của m. Hướng dẫn giải dULực thế tác dụng lên m: F    U 0 sin  x  U 0 2 x dxPT dao động điều hòa của m: F  ma  U 0 2 x  mx U 0 2 x  x0 m U 0 2 2 m   T  m  U0 7 BÀI TẬP VÍ DỤ 2Một thanh mảnh đồng chất tiết diện đều, chiều dài L thực hiện daođộng nhỏ quanh trục nằm ngang vuông góc với thanh và đi qua điểmM nằm trên thanh. Tìm vị trí điểm M để chu kì dao động của thanh lànhỏ nhất. Hướng dẫn giảiMomen quán tính của thanh đối với trục quay qua M: 1 I  mL2  mx 2 12Chu kì dao động điều hòa của thanh: 1 mL2  mx 2 I T  2  2 12 mgx mgx L 2 LĐể tìm T min, ta giải PT: T’=0  x  T  4 12 3 g 8A2. DAO ĐỘNG TẮT DẦN 9• Nếu vật dao động trong môi trường có lực cản, năng lượng và biên độdao động sẽ giảm dần theo thời gian.  • Xét con lắc lò xo chịu lực cản Fc  r.v , v – vận tốc của lò xo, r –hệ số cản của môi trường.• Phương trình vi phân của dao động cơ tắt dần: d2x d ...