Bài 1.47 trang 19 SBT Vật Lí 11: Phát biểu nào sau đây đúng?

A. Dao động của quả lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức.

B. Dao động cưỡng bức đang xảy ra cộng hưởng, nếu lực cản của môi trường tác dụng lên vật dao động giảm thì biên độ dao động cũng giảm.

C. Hiện tượng cộng hưởng trong dao động cưỡng bức luôn có hại.

D. Dao động cưỡng bức lúc ổn định, tốc độ cung cấp năng lượng của ngoại lực bằng tốc độ mất năng lượng của dao động.

Phương pháp giải: Vận dụng kiến thức đã học về dao động cưỡng bức.

- Dao động gây ra bởi một ngoại lực cưỡng bức biến thiên tuần hoàn được gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.

- Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động được gọi là hiện tượng cộng hưởng.

Lời giải:

Đáp án: D. Dao động cưỡng bức lúc ổn định, tốc độ cung cấp năng lượng của ngoại lực bằng tốc độ mất năng lượng của dao động.

Bài 1.48 trang 19 SBT Vật Lí 11: Một con lắc lò xo có chu kì dao động riêng T₀ = 1 s. Tác dụng các lực cưỡng bức biến đổi tuần hoàn theo phương trùng với trục của lò xo. Lực cưỡng bức nào dưới đây làm cho con lắc dao động mạnh nhất?

A. F = 3F₀cosπt.

B. F = F₀cos2πt.

C. F = 3F₀cos2πt.

D. F = 2F₀cosπt.

Phương pháp giải: Vận dụng kiến thức đã học về dao động cưỡng bức.

- Dao động gây ra bởi một ngoại lực cưỡng bức biến thiên tuần hoàn được gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.

- Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động được gọi là hiện tượng cộng hưởng.

Lời giải:

Đáp án: C. F = 3F₀cos2πt.

Bài 1.49 trang 19 SBT Vật Lí 11: Một con lắc lò xo nằm ngang, lò xo có khối lượng không đáng kể và có độ cứng k = 100,0 N/m. Vật nhỏ m có khối lượng 0,20 kg. Tác dụng vào vật m một ngoại lực F = F₀cos(2πft) với F₀ không đổi còn f thay đổi được và có phương trùng với trục của lò xo. Tìm f để biên độ dao động của vật m lớn nhất. Bỏ qua sức cản tác dụng lên vật.

Phương pháp giải: Vận dụng kiến thức đã học về dao động cưỡng bức.

- Dao động gây ra bởi một ngoại lực cưỡng bức biến thiên tuần hoàn được gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.

- Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng f₀ của hệ dao động được gọi là hiện tượng cộng hưởng.

Lời giải:

Biên độ dao động của vật m lớn nhất khi xảy ra cộng hưởng:

$f=f_0=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{k}{m}}=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{100}{0,2}}=3,6\mathrm{H}\mathrm{z}$

Bài 1.50 trang 19 SBT Vật Lí 11: Một con lắc lò xo treo trên trần của toa tàu ngay vị trí phía trên trục bánh xe. Biết chiều dài mỗi thanh ray là L = 12 m và khi tàu chạy thẳng đều với tốc độ v = 20,0 m/s thì vật m gắn ở đầu dưới của lò xo dao động với biên độ lớn nhất. Tìm chu kì dao động riêng T₀ của con lắc.

Lời giải:

Mỗi lần đi hết một thanh ray và chuyển sang thanh ray khác, toa tàu hạ xuống và nâng lên dưới tác dụng của trọng lực, từ đó tạo thành ngoại lực tác dụng vào vật m.

=> Thời gian đi hết một thanh ray là chu kì của ngoại lực tác dụng lên vật m.

Vật m dao động với biên độ lớn nhất.

=> Đang xảy ra hiện tượng cộng hưởng.

=> Chu kì dao động riêng của con lắc là: $T=T_0=\frac{L}{v}=\frac{12}{20}=0,6\mathrm{s}$

Bài 1.51 trang 19 SBT Vật Lí 11: Nêu một số ví dụ thực tế về dao động tắt dần. Trong ví dụ đã nêu, dao động tắt dần là có lợi hay có hại?

Lời giải:

Một số gợi ý:

– Xe chạy trên cầu, đã tác động làm cầu dao động. Khi xe vượt qua cầu, dao động của cầu sẽ tắt dần. Sự tắt dần dao động của cầu trong trường hợp này là có lợi.

– Khi em bé chơi xích đu, nếu không có lực đẩy liên tục, xích đu sẽ dao động tắt dần. Sự tắt dần dao động của xích đu trong trường hợp này là có hại.

– Do tác dụng của bộ phận giảm xóc, dao động của xe máy và người ngồi trên xe sau khi xe đi qua chỗ xóc bị tắt dần. Dao động tắt dần này là có lợi, giúp giảm sự khó chịu cho người ngồi trên xe.

Bài 1.52 trang 19 SBT Vật Lí 11: Nêu một số ví dụ về dao động cưỡng bức xảy ra cộng hưởng trong một thiết bị khi đang vận hành tại gia đình.

Lời giải:

Khi máy giặt làm việc ở chế độ vắt, lồng giặt quay rất nhanh đã tác dụng một lực tuần hoàn lên vỏ máy. Nếu tần số quay của lồng giặt bằng tần số dao động riêng của vỏ máy thì máy giặt sẽ rung lắc rất mạnh.

Bài 1.53 trang 19 SBT Vật Lí 11: Một chiếc thuyền đang dao động bởi những con sóng xô mạn thuyền. Dao động của thuyền có phải là dao động cưỡng bức không?

Phương pháp giải: Vận dụng kiến thức đã học về dao động cưỡng bức.

- Dao động gây ra bởi một ngoại lực cưỡng bức biến thiên tuần hoàn được gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.

- Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động được gọi là hiện tượng cộng hưởng.

Lời giải:

Dao động của thuyền là một dao động cưỡng bức.

Bài 1.54 trang 19 SBT Vật Lí 11: Hãy tìm hiểu về cấu tạo của giảm xóc xe máy và cho biết vì sao khi xe máy đi qua chỗ xóc thì dao động của hệ người đi và xe tắt rất nhanh (cỡ không quá nửa chu kì).

Lời giải:

Cấu tạo chính của bộ phận giảm xóc xe máy gồm hai phần:

– Lò xo gắn giữa khung xe và trục bánh xe.

– Pít-tông chuyển động trong xi lanh dầu.

Khi xe qua chỗ xóc, lò xo nén, dãn đàn hồi làm cho khung xe dao động lên xuống.

Khi đó, pít-tông dao động trong xi lanh dầu. Lực ma sát lớn trong dầu làm cho dao

động của pít-tông tắt dần rất nhanh nên dao động của khung xe cũng tắt dần theo.

Bài 1.55 trang 19 SBT Vật Lí 11: Trong lịch sử có những trận động đất đã phá hủy các nhịp cầu của đường cao tốc trên cao. Thực tế đã xảy ra là nhịp cầu ngang qua những nơi quan trọng được gia cố cẩn thận hơn thì bị sập; những nhịp cầu khác lại đứng vững. Bằng hiểu biết của mình, em hãy dự đoán những nguyên nhân nào dẫn đến hiện tượng trên và bài học rút ra khi xây dựng cầu.

Lời giải:

Nếu tần số rung lắc của mặt đất khi xảy ra động đất bằng với tần số dao động riêng của nhịp cầu thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng làm cho nhịp cầu rung lắc rất mạnh. Khi xây dựng các công trình như cầu, toà nhà cao tầng tại một vị trí, cần nghiên cứu điều kiện địa chất nơi đó (lịch sử từng xảy ra động đất, khoảng tần số rung chấn…) để thiết kế các công trình có tần số riêng khác xa với khoảng tần số rung chấn.

Một giải pháp khác là khi xây dựng các công trình ở các khu vực thường xuyên xảy ra động đất, cần có hệ thống hấp thụ năng lượng dao động khi các công trình rung lắc do địa chấn. Khi đó, các dao động sau địa chấn sẽ tắt nhanh và giảm nguy cơ sập đổ.