Biên độ dao động là gì? Cách tính biên độ dao động

Biên độ dao động là gì? Cùng chúng tôi tìm hiểu về những vấn đề xung quanh biên độ dao động trong vật lý mà chúng ta cần biết đến nhé.

Các loại biên độ dao động là gì vật lý lớp 12

Nội Dung Bài Viết

Biên độ dao động là gì vật lý? 

Biên độ là đại lượng của vật dao động như tần số góc và khoảng thời gian. Đại lượng đo độ dịch chuyển lớn nhất của vật thể ở cả hai phía của vị trí trung bình của nó. Điều đó có nghĩa là nó cho chúng ta thấy vật dao động lệch bao nhiêu so với vị trí trung bình của nó trong quá trình dao động. Dao động liên quan đến chuyển động tới và lui của vật thể từ vị trí cân bằng hoặc trung bình của nó. Mọi dao động đều có ba đặc điểm chính: tần số, khoảng thời gian và biên độ. Từ đây, chúng ta có thể rút ra sự di chuyển qua lại quanh 1 vị trí cân bằng và độ dịch chuyển xa nhất so với vị trí cân bằng được gọi là biên độ dao động. 

Để dễ hiểu nhất chúng ta có thể bắt đầu tìm hiểu biên độ dao động bằng cách lấy ví dụ về một con lắc đơn giản. Con lắc nghiêng một góc qua vị trí trung bình của nó về phía xa vị trí trung bình một khoảng cao nhất. Khoảng cách lớn nhất hoặc cao nhất của vật dao động khỏi trung tâm hoặc vị trí trung bình của nó được gọi là độ dịch chuyển cực đại của nó. Ngược lại, độ lớn dịch chuyển cực đại của vật dao động về hai phía của vị trí trung bình được gọi là biên độ dao động của nó.

Từ đồ thị hình sin, chúng ta nhận thấy rằng biên độ dao động là khoảng cách giữa vị trí đỉnh, đáy và trung bình. Do đó, biên độ dao động hoặc độ lớn của độ dịch chuyển cực đại x được cho bởi phương trình sóng sin là:

 

Trong đó A là biên độ dao động.

omega là vận tốc góc.

phi là sự chuyển pha.

Biên độ, tần số của dao động là gì

Biên độ là gì vật lý

Biên độ là độ lớn biến thiên dao động với mỗi dao động trong một hệ dao động. Ví dụ, sóng âm trong không khí là dao động trong áp suất khí quyển và biên độ của chúng tỉ lệ với sự thay đổi áp suất trong một lần dao động. Nếu một biến số thực hiện dao động đều đặn và đồ thị của hệ thống được vẽ với biến số dao động là trục tung và thời gian là trục hoành, thì biên độ được biểu diễn trực quan bằng khoảng cách thẳng đứng giữa điểm cực trị của đường cong và giá trị cân bằng.

Biên độ đỉnh – đỉnh là sự thay đổi giữa đỉnh (giá trị biên độ cao nhất) và đáy (giá trị biên độ thấp nhất, có thể là âm). Với mạch điện thích hợp, biên độ đỉnh có thể được đo bằng mét hoặc bằng cách xem dạng sóng trên máy hiện sóng.

Tần số là gì

Tần số góc là đại lượng đo dao động trên một đơn vị thời gian. Bài báo bàn về mối quan hệ giữa tần số góc và tần số. Tần số góc mô tả độ dịch chuyển góc của vật thể trên một đơn vị thời gian. Trong một mối quan hệ, tần số mô tả số lượng dao động của vật thể trên một đơn vị thời gian. Tần số góc đo một đặc tính tương tự như tần số và cả hai đại lượng đều là đại lượng vô hướng chỉ có độ lớn chứ không có hướng.

Vật dao động hay vật dao động có nghĩa là vật thể đang thực hiện chuyển động tuần hoàn bằng cách trải qua một chu kỳ; khi nó được chuyển qua một loạt các vị trí từ vị trí trung bình của nó và quay trở lại vị trí trung bình của nó một lần nữa.

Các đại lượng của vật thể dao động, chẳng hạn như tần số góc được biểu thị bằng ký hiệu omega (ω) và tần số được biểu thị bằng (f), mô tả tốc độ dao động của vật thể hoặc mức độ dao động của nó từ vị trí trung bình của nó. Nhưng những đại lượng này dựa trên các dạng dao động. Khi dao động là tuyến tính, chúng tôi kiểm tra tần số của nó. Trong khi, khi nó là góc, chúng ta kiểm tra tần số góc của nó. 

Vì tần số tính toán số lần dao động của toàn bộ vật thể trên một đơn vị thời gian, nên đơn vị đo tần số được biểu thị bằng độ rung trên giây hoặc chính xác là chu kỳ trên giây. Đơn giản, đơn vị đo của nó là Hertz (Hz) bằng một chu kỳ trên giây.

Để xác định tần số dao động, trước hết ta cần tìm hiểu khoảng thời gian của nó. Khoảng thời gian cũng là đại lượng của vật dao động cho biết tổng thời gian vật đó dùng để thực hiện được một dao động. So sánh các định nghĩa về cả chu kỳ thời gian và tần số, các đại lượng dao động này là nghịch biến với nhau.

Các loại biên độ dao động là gì vật lý lớp 12

Các loại biên độ dao động là gì vật lý lớp 12

Tùy thuộc vào biên độ và tần số, dao động được phân thành ba dạng riêng biệt.

Dao động giảm xóc

Giả sử, vật dao động với biên độ giảm dần vì có lực cản của không khí và tại một thời điểm và nó nghỉ ngơi kể từ khi cả hai lượng của vật thể tiêu biến. Trong trường hợp đó, nó được gọi là ” dao động giảm xóc”. 

Dao động tự do 

Giả sử vật dao động tự do với biên độ không đổi và tần số xác định vì không có lực ma sát. Trong trường hợp đó, nó được gọi là “dao động tự do” và tần số của nó được gọi là ” tần số riêng” của vật dao động. 

Dao động cưỡng bức

Nó còn được gọi là dao động của một sợi dây bị kéo căng hoặc xích đu. Giả sử vật dao động với biên độ giảm dần vì cơ năng của dao động và nó dừng lại vì cả hai đại lượng của nó tiêu biến. Trong trường hợp đó, nó được gọi là “dao động cưỡng bức”.

Trường hợp 1:

Nếu bạn giữ tay ổn định, quả bóng sẽ nảy lên và xuống, bao gồm một lượng giảm chấn nhất định (tức là có tác dụng lực cản không khí).

Trường hợp 2:

Tăng tần số của quả bóng bằng cách di chuyển bàn tay của bạn lên xuống, quả bóng cũng phản ứng với biên độ tăng dần. Nếu bạn lái quả bóng với tần số bằng tần số riêng của nó thì biên độ của nó tăng lên trong mỗi dao động. Sự kiện chuyển động của vật thể với tần số tương đương với tần số tự nhiên được gọi là sự cộng hưởng. Trong khi đó, vật thể thực hiện ở tần số tự nhiên hoặc cơ bản được cho là gây ra tiếng vang.

Trường hợp 3:

Nếu bạn tăng thêm tần số của nó cao hơn tần số riêng của nó, thì biên độ của nó bắt đầu giảm cho đến khi các dao động gần như biến mất. Vì vậy, chuyển động tay của bạn không còn ảnh hưởng đến quả bóng. 

Cách tính biên độ dao động

Biên độ của dao động được xác định khi chúng ta vẽ đồ thị của các biến dao động, chẳng hạn như một độ dời theo thời gian. Các đỉnh trong đồ thị hình sin là biên độ dao động mô tả – khoảng cách mà vật thể dao động từ vị trí trung bình ở hai bên. 

Cách tính biên độ dao động

Trong bất kỳ hệ dao động nào, độ lớn biến thiên dao động của vật với mỗi dao động được gọi là biên độ dao động. Trong hầu hết các trường hợp, biến số dao động là độ dời. Khi chúng ta vẽ đồ thị của hàm hình sin với một biến số dao động dịch chuyển là trục tung và thời gian là trục hoành khoảng cách theo phương thẳng đứng giữa giá trị trung bình đến điểm cực trị của đường cong minh họa cho biên độ dao động.

Trong đồ thị hàm số sin, trục x được coi là vị trí trung bình của vật dao động. Do đó, bất kể vị trí bắt đầu của vật thể là gì thì độ dịch chuyển được đo từ vị trí trung bình của nó. Vì đồ thị là một hàm sin minh họa các hiện tượng tuần hoàn các đỉnh trong đồ thị hiển thị các đại lượng của vật dao động chẳng hạn như chu kỳ và biên độ. 

Từ các đỉnh, biên độ dao động được tính bằng một nửa hiệu số giữa các giá trị cực đại và cực tiểu. Do đó, độ lớn của biên độ dao động luôn dương. 

Ta cũng có thể tìm được biên độ và khoảng thời gian dao động từ phương trình tổng quát của đồ thị sin như sau: 

y = A⋅sin (B (x + C)) + D

Trong đó chúng ta có thể tìm thấy các đại lượng của vật dao động như sau:

Biên độ dao động: A

Khoảng thời gian

Dịch chuyển pha – Vật di chuyển theo phương ngang bao xa so với vị trí trung bình: C.

Vertical Shift – Vật thể di chuyển theo phương thẳng đứng bao xa so với vị trí trung bình: D.

Trên đây là tổng hợp thông tin về biên độ dao động. Hy vọng qua bài viết này các bạn sẽ hiểu được biên độ dao động là gì cùng cách tính và các vấn đề liên quan đến biên độ dao động.

Xem thêm: Acetaminophen là gì? Tổng hợp thông tin về thuốc Acetaminophen

Thắc mắc -