Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 KNTT bài 6: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng.

I. DAO ĐỘNG TẮT DẦN

Câu hỏi:

Hãy giải thích tại sao dao động của em bé chơi xích đu trong ví dụ ở đầu bài lại tắt dần nếu không có người mẹ thỉnh thoảng đẩy nhẹ vào em bé.

Hướng dẫn trả lời:

Vì khi chuyển động, xích đu ma sát với không khí khiến động năng giảm dần, xích đu sẽ chậm dần và dừng lại nếu người mẹ không đẩy nhẹ em bé.

Hoạt động:

Thí nghiệm…

Hướng dẫn trả lời:

Biên độ dao động của con lắc giảm dần

Chu kì (hay tần số) của con lắc không thay đổi vì chu kì (tần số) của dao động tắt dần không phụ thuộc vào biên độ mà phụ thuộc vào chu kì (tần số) của vật dao động.

Câu hỏi:

Hãy tìm trong thực tế ví dụ về dao động tắt dần và cho biết trong mỗi trường hợp thì dao động tắt dần là có lợi hay có hại.

Hướng dẫn trả lời:

- Con lắc đồng hồ: dao động tắt đần có hại 

- Bộ giảm xóc của ôtô, xe máy…: dao động tắt dần có lợi

II. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC

Câu hỏi:

Tìm thêm ví dụ về dao động cưỡng bức.

Hướng dẫn trả lời:

Ví dụ: Kéo một con lắc lò xo rồi thả ra. Con lắc lò xo sẽ dao động tắt dần, bây giờ ta đặt một lực do tay ta tạo ra lên con lắc. Khi đó dao động này gọi là dao động cưỡng bức

Hoạt động:

Thí nghiệm….

Hướng dẫn trả lời:

Khi thả con lắc điều khiển Đ thì các con lắc khác có dao động.

Con lắc số (3) dao động mạnh nhất vì có chu kì gần nhất với chu kì của con lắc điều khiển. Con lắc (3) có chiều dài gần nhất với con lắc điều khiển do đó sẽ dao động với biên độ lớn nhất vì chu kì con lắc đơn tỷ lệ với chiều dài

Kết quả thí nghiệm quan sát được giống như dự đoán.

III. HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

Câu hỏi:

Hãy đánh giá sự có lợi hay có hại của cộng hưởng trong các ví dụ nêu trên.

Hướng dẫn trả lời:

- Trong ví dụ về trò chơi xích đu ở đầu bài: 

+ Khi em bé bắt đầu chuyển động rời xa chỗ người mẹ, mẹ tác dụng một lực nhẹ, trường hợp này hiện tượng cộng hưởng là có lợi. 

+ Khi em bé đang chuyển động về phía người mẹ mà người mẹ tác dụng lực đẩy vào xích đu thì kết quả sẽ không như mong muốn vì lực cưỡng bức cản trở dao động. 

- Những hệ dao động như tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe,…đều có tần số tự nhiên. Cộng hưởng dao động trong các trường hợp này rất có hại.

 => Khi xây dựng cần phải tính toán không để cho các hệ này chịu tác dụng của các lực cưỡng bức mạnh

Câu hỏi:

Một con lắc dao động tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ giảm 3%. Tính phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động.

Hướng dẫn trả lời:

Gọi $A_{0}$, A lần lượt là biên độ dao động ban đầu và sau một dao động toàn phần của con lắc. $W_{0}$, W lần lượt là năng lượng ban đầu và sau một dao động toàn phần của con lắc

$\frac{W}{W_{0}}$=$\frac{\frac{1}{2}kA^{2}}{\frac{1}{2}kA_{0}^{2}}$=$\frac{A^{2}}{A_{0}}$=0,97$^{2}$=0,94

• W=94%$W_{0}$

Vậy phần năng lượng của con lắc bị mất trong 1 dao động toàn phần là 6%

Câu hỏi:

Một con lắc dài 44 cm được treo vào trần của một toa xe lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh của toa xe gặp chỗ nối nhau giữa các thanh ray. Hỏi tàu chạy thẳng đều với tốc độ bằng bao nhiêu thì biên độ dao động của con lắc sẽ lớn nhất? Cho biết chiều dài của mỗi thanh ray là 12,5 m. Lấy g = 9,8 m/s$^{2}$.

Hướng dẫn trả lời:

Chu kì dao động riêng của con lắc: 

$T_{0}$=2$\pi.\sqrt{\frac{l}{g}}\approx $1.33s.

Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng thì con lắc dao động với biên độ lớn nhất 

=> T = $T_{0}$.

Suy ra: v=$\frac{L}{T}$=$\frac{12,5}{1,33}\approx $9,39 m/s.