intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Vật lý đại cương 1: Chương 4 - Nguyễn Đức Cường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST
Báo xấu
48
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật lý đại cương 1 - Chương 4: Hiện tượng dao động" cung cấp cho người học các kiến thức: Dao động điều hòa, năng lượng dao động tử điều hòa; sóng cơ học, phân loại sóng ngang, sóng dọc; sóng âm, áp suất âm, siêu âm,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 1: Chương 4 - Nguyễn Đức Cường

  1. CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Giảng viên: Nguyễn Đức Cường Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN Email: cuonghd93@gmail.com Ngày 3 tháng 11 năm 2020 Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 1 / 72
  2. NỘI DUNG 1 DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA. NĂNG LƯỢNG DAO ĐỘNG TỬ ĐIỀU HÒA 2 SÓNG CƠ HỌC, PHÂN LOẠI SÓNG NGANG, SÓNG DỌC 3 SỰ TRUYỀN SÓNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐÀN HỒI 4 SÓNG ÂM, ÁP SUẤT ÂM. SIÊU ÂM 5 SỰ CHỒNG CHẬP SÓNG VÀ SÓNG DỪNG 6 ÁNH SÁNG. ĐỘNG HỌC SÓNG ÁNH SÁNG Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 2 / 72
  3. 4.1. Dao động điều hòa. Năng lượng dao động tử điều hòa 4.1.1. Dao động điều hòa Chuyển động điều hòa xảy ra khi có sự có mặt của lực hồi phục, lực này tỉ lệ thuận với độ dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng và luôn có xu hướng kéo vật trở lại vị trí cân bằng. - Trong con lắc lò xo, lực hồi phục là lực đàn hồi: Fs = −kx. - Trong con lắc đơn, lực hồi phục là thành phần chiếu theo phương chuyển động của trọng lực. Fs = −kx = ma d 2x k = − x = −ω 2 x dt 2 m Dao động điều hòa đơn giản: gia tốc tỉ lệ thuận về độ lớn và ngược hướng với độ dịch chuyển. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 3 / 72
  4. 4.1. Dao động điều hòa. Năng lượng dao động tử điều hòa 4.1.1. Dao động điều hòa Phương trình dao động điều hòa: x = A cos(ωt + φ) Vận tốc và gia tốc: dx v= = −ωA sin(ωt + φ) dt dv a= = −ω 2 A cos(ωt + φ) dt 2π Chu kỳ: T = ω Tần số: 1 ω f = = , đơn vị là s −1 hay Hz T 2π Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 4 / 72
  5. 4.1. Dao động điều hòa. Năng lượng dao động tử điều hòa 4.1.2. Năng lượng dao động tử điều hòa Động năng: 1 1 K = mv 2 = mω 2 A2 sin2 (ωt + φ) 2 2 Thế năng 1 1 U = kx 2 = mω 2 A2 cos2 (ωt + φ) 2 2 Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 5 / 72
  6. 4.1. Dao động điều hòa. Năng lượng dao động tử điều hòa 4.1.2. Năng lượng dao động tử điều hòa Do ω 2 = k/m nên tổng năng lượng là: 1 1 E = K + U = mω 2 A2 [sin2 (ωt + φ) + cos2 (ωt + φ)] = kA2 2 2 Tổng cơ năng của dao động tử điều hòa là hằng số và tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động. Biểu diễn khác của tổng cơ năng: 1 2 1 1 k 1 E = K + U = mvmax = mω 2 A2 = m A2 = kA2 2 2 2 m 2 Vận tốc tại tọa độ x: r k 2 p v =± (A − x 2 ) = ±ω A2 − x 2 m Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 6 / 72
  7. 4.1. Dao động điều hòa. Năng lượng dao động tử điều hòa 4.1.3. Mô hình lò xo của liên kết trong phân tử (a) Nếu các nguyên tử liên kết trong phân tử không chuyển động quá xa khỏi vị trí cân bằng, hàm thế năng phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng tương tự như hàm thế năng của một dao động tử điều hòa. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 7 / 72
  8. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.1. Các định nghĩa Sóng là sự lan truyền dao động trong môi trường. Tính chất của môi trường xác định tốc độ truyền sóng. Sự lan truyền dao động cơ học được gọi là sóng cơ. Sóng ngang là sóng gây ra sự dao động của các phần tử trong môi trường theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng điện từ. Sóng dọc là sóng gây ra sự dao động của các phần tử trong môi trường theo phương song song với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng âm, sóng áp suất. Sóng ngang Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 8 / 72
  9. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.1. Các định nghĩa Sóng dọc Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 9 / 72
  10. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.1. Các định nghĩa Sự dao động của các phân tử nước trên bề mặt vùng nước sâu. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 10 / 72
  11. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.2. Sóng lan truyền một chiều Dạng xung: y = f (x) Hàm sóng mô tả sự lan truyền của xung sang phải: y = f (x − vt). Hàm sóng mô tả sự lan truyền của xung sang trái: y = f (x + vt). Tốc độ truyền sóng: dx v= dt Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 11 / 72
  12. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.3. Tốc độ sóng trên dây Hàm sóng: 2 y (x, t) = (x − 3.0t)2 + 1 Tốc độ truyền sóng: v = 3.0 cm/s. Hàm sóng tại các thời điểm t = 0 s, t = 1.0 s, và t = 2.0 s: 2 y (x, 0) = x2 +1 2 y (x, 1.0) = (x − 3.0)2 + 1 2 y (x, 2.0) = (x − 6.0)2 + 1 Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 12 / 72
  13. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.3. Tốc độ sóng trên dây Tốc độ lan truyền sóng trên dây: s T v= µ với T là lực căng dây, µ là mật độ khối lượng theo chiều dài của dây. Chứng minh: Thành phần ∆s chuyển động tròn với vận tốc v và lực hướng tâm: X Fr = 2T sin θ ≈ 2T θ Khối lượng của ∆s: m = µ∆s = 2µRθ s X mv 2 2µRθv 2 T → Fr = mar = → 2T θ = →v = R R µ Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 13 / 72
  14. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.4. Sự phản xạ của sóng Pha dao động không thay đổi khi sóng phản xạ Pha dao động thay đổi góc π khi sóng phản xạ trên đầu mút tự do. trên đầu mút cố định. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 14 / 72
  15. 4.2. Sóng cơ học. Phân loại sóng ngang, sóng dọc 4.2.5. Sóng hình sin 1 chiều Hàm sóng: h 2π i y = A sin (x − vt) λ Vận tốc truyền sóng: λ v= T Từ đó: h x t i y = A sin 2π − = A sin(kx − ωt) λ T với k = 2π/λ là số sóng, ω = 2π/T là tần số góc, và f = 1/T là tần số. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 15 / 72
  16. 4.3. Sóng âm, áp suất âm. Siêu âm 4.3.1. Các định nghĩa Sóng âm là một trường hợp quan trọng của sóng dọc. Sóng âm có thể truyền đi trong mọi môi trường vật chất với tốc độ phụ thuộc vào tính chất của môi trường đó. Khi truyền đi, các phần tử trong môi trường dao động để sinh ra sự thay đổi về mật độ và áp suất dọc theo phương truyền của sóng. Những thay đổi đó tạo nên một loạt các vùng áp suất cao và thấp luân phiên với nhau. Nếu nguồn sóng âm dao dộng điều hòa, thì áp suất cũng thay đổi một cách điều hòa. Sóng âm được chia làm 3 vùng dựa trên tần số của chúng: 1 Âm nghe được: sóng âm nằm trong vùng cảm nhận được của tai người. Chúng có thể tạo được bằng nhạc cụ, cơ quan phát âm của người, và loa. 2 Hạ âm: sóng âm có tần số thấp hơn vùng âm nghe được (20 kHz). Siêu âm thường được sử dụng để chẩn đoán hình ảnh trong y học. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 16 / 72
  17. 4.3. Sóng âm, áp suất âm. Siêu âm 4.3.2. Tốc độ truyền sóng âm Tốc độ truyền sóng âm trong môi trường: s B v= ρ với B là ứng suất khối, và ρ là khối lượng riêng của môi trường. Dạng tổng quát: s tính đàn hồi v= tính quán tính Tốc độ của âm thanh cũng phụ thuộc nhiệt độ môi trường, ví dụ trong không khí: r TC v = (331 m/s) 1 + 273◦ C trong đó 331 m/s là tốc độ âm thanh trong không khí tại 0◦ C, và TC là nhiệt độ ở thang đo độ C. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 17 / 72
  18. 4.3. Sóng âm, áp suất âm. Siêu âm 4.3.3. Mô-đun đàn hồi Mô-đun đàn hồi được định nghĩa: lực tác động trên một đơn vị diện tích (stress) Mô-đun đàn hồi = mức độ biến dạng (strain) Các loại mô-đun đàn hồi: 1 Mô-đun Young (Y ): đo sự chống lại sự thay đổi chiều dài trong vật rắn. F /A Y = ∆L/Li 2 Mô-đun cắt (S): đo sự chống lại sự biến dạng trượt giữa các mặt phẳng trong vật rắn. 3 Mô-đun khối (B): đo sự chống lại sự thay đổi của thể tích trong chất rắn hoặc chất lỏng. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 18 / 72
  19. 4.3. Sóng âm, áp suất âm. Siêu âm 4.3.3. Mô-đun đàn hồi Sự phụ thuộc của stress vào strain. Ví dụ biến dạng trượt. Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 19 / 72
  20. 4.3. Sóng âm, áp suất âm. Siêu âm 4.3.3. Mô-đun đàn hồi Bảng: Các giá trị tiêu biểu của mô-đun đàn hồi Chất Mô-đun Young (N/m2 ) Mô-đun cắt (N/m2 ) Mô-đun khối (N/m2 ) Tungsten 35 × 1010 14 × 1010 20 × 1010 Thép 20 × 1010 8, 4 × 1010 6 × 1010 Đồng 11 × 1010 4, 2 × 1010 14 × 1010 Đồng thau 9, 1 × 1010 3.5 × 1010 6.1 × 1010 Nhôm 7, 0 × 1010 2, 5 × 1010 7, 0 × 1010 Thủy tinh 6, 5 − 7, 8 × 1010 2, 6 − 3, 2 × 1010 5.0 − 5.5 × 1010 Thạch anh 5, 6 × 1010 2, 6 × 1010 2, 7 × 1010 Nước — — 0, 21 × 1010 Thủy ngân — — 2, 8 × 1010 Giảng viên: Nguyễn Đức Cường (VNU-UET) CHƯƠNG 4. HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG Ngày 3 tháng 11 năm 2020 20 / 72
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0