C.1 · Chuyển động điều hòa đơn giản

Tài liệu này bao gồm các chủ đề HL được chọn cho khóa học đầu tiên được đánh giá trong 2025; đây không phải là toàn bộ chương trình.

Điều kiện tiên quyết: đọc các đại lượng và đơn vị được nêu, và sử dụng phép toán cùng các điều kiện mô hình bên dưới.

Các ví dụ là gốc và hư cấu: chúng không phải là số đo thực tế hay các cuộc điều tra của học sinh thực tế.

Giải thích hiện tượng này là gì?

• Một chiếc xích đu đạt biên độ lớn khi các lực đẩy đến đúng thời điểm. Tần số cưỡng bức và giảm xóc giúp xác định phản ứng dao động.

Xây dựng mô hình

• Dao động điều hòa có gia tốc tỷ lệ với li độ và hướng về vị trí cân bằng.
• Chu kỳ là thời gian cho một chu trình; tần số là nghịch đảo của nó.
• Tắt dần chuyển năng lượng ra khỏi hệ dao động.
• cộng hưởng: Phản ứng lớn đối với lực tác động tuần hoàn gần tần số tự nhiên.
• Tắt dần: Sự truyền năng lượng ra khỏi hệ dao động.

Chọn bằng chứng để kiểm định mô hình

• Vận tốc đạt cực đại gần vị trí cân bằng trong SHM lý tưởng, trong khi độ lớn gia tốc đạt cực đại tại li độ cực đại.
• Cộng hưởng có thể xảy ra gần tần số riêng dưới tác động tuần hoàn, với biên độ bị giới hạn bởi tắt dần.

Trong phòng thí nghiệm: Đo thời gian cho nhiều chu trình đầy đủ rồi chia lấy. Xác định nhất quán khái niệm một chu trình và sử dụng li độ nhỏ khi mô hình yêu cầu. Giữ đường đi của con lắc thông thoáng và ghi nhận hiệu ứng tắt dần thay vì giả định chuyển động hoàn hảo.

Bắt đầu từ các đại lượng đã biết

• Đã biết: 20 chu trình mất 32 s.
• T=thời gian tổng/cuộncycle=32/20=1.6 s.
• Tần số=1/T=1/1.6=0.625 Hz.
• Khoảng thời gian đo tổng ngắn hơn sẽ làm cho sai số phản ứng trở thành một tỷ lệ lớn hơn trong phép đo.

Lượt của bạn: 30 chu trình mất 45 s. Tìm chu kỳ.

Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó

• Không phải mọi chuyển động lặp lại đều là dao động điều hòa.
• Một lực tỷ lệ với li độ nhưng hướng ra xa vị trí cân bằng sẽ không tạo ra dao động điều hòa.

Không đúng: Mọi chuyển động tuần hoàn đều thỏa mãn điều kiện của dao động điều hòa. SHM cần lực hồi phục tỷ lệ với li độ và hướng VỀ phía vị trí cân bằng. Chuyển động chỉ đơn thuần lặp lại - như quả bóng nảy, quỹ đạo tròn - là tuần hoàn mà không thỏa mãn điều kiện đó.

Tóm tắt:

• Dao động điều hòa có gia tốc tỷ lệ với li độ và hướng về vị trí cân bằng.
• Vận tốc đạt cực đại gần vị trí cân bằng trong SHM lý tưởng, trong khi độ lớn gia tốc đạt cực đại tại li độ cực đại.
• Lưu ý: không phải mọi chuyển động lặp lại đều là dao động điều hòa.

Viết từ một chu kỳ là 0.40 s

• 40 chu kỳ mất 16 s.
• Tìm chu kỳ và tần số. Không phải chuyển động nào cũng là dao động điều hòa.

Viết từ một độ lệch pha

• Hai điểm trên sóng nằm cách nhau 0.50 bước sóng.
• Độ lệch pha = 0.50 × 360° = 180° — ngược pha: một điểm lên thì điểm kia xuống.

Viết từ điều kiện cộng hưởng

• Tần số riêng của hệ thống là 2.0 Hz; nguồn tác động chạy ở 1.8 Hz, sau đó 2.0 Hz, rồi 2.2 Hz.
• Biên độ đạt cực đại TẠI 2.0 Hz — khi nguồn tác động ở tần số riêng thì xảy ra cộng hưởng; đỉnh này vừa là nguy hiểm vừa là công cụ.