Với giải Luyện tập trang 30 Vật lí lớp 11 Chân trời sáng tạo chi tiết trong Bài 4: Dao động tắt dần và hiện tượng cộng hưởng giúp học sinh dễ dàng xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:

Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 4: Dao động tắt dần và hiện tượng cộng hưởng

Luyện tập trang 30 Vật Lí 11: Bố trí thí nghiệm hệ con lắc Barton như Hình 4.10. Mô hình gồm nhiều con lắc đơn có chiều dài dây treo khác nhau được gắn trên cùng một dây treo đàn hồi. Khi con lắc số 1 được kích thích để dao động, những con lắc còn lại (từ số 2 đến 7) sẽ bắt đầu dao động. Giải thích vì sao chúng dao động và dự đoán về biên độ dao động của chúng. Thực hiện thí nghiệm kiểm chứng.

Lời giải:

Khi con lắc điều khiển số 1 được kéo sang một bên theo phương vuông góc với dây treo rồi thả cho dao động thì các con lắc từ 2 đến 7 cũng dao động theo với tần số giống nhau, biên độ khác nhau. Vì:

- Con lắc từ 2 đến 7 đang dao động cưỡng bức (thông qua con lắc điều khiển 1) nên tần số của các con lắc (2 đến 7) này bằng nhau và bằng tần số dao động của con lắc điều khiển 1.

- Biên độ của các con lắc (2 đến 7) khác nhau là do biên độ của dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động. Khi tần số của lực cưỡng bức càng gần tần số riêng thì biên độ dao động của hệ càng lớn.

Ta đã biết tần số của con lắc đơn: $f=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{g}{\mathcal{l}}}$ nên chiều dài càng lớn thì tần số riêng càng nhỏ, khi đó độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ càng lớn dẫn đến biên độ dao động của hệ càng nhỏ.

Nhìn vào thí nghiệm ta thấy chiều dài các con lắc tăng dần từ 2 đến 7 nên tần số riêng của con lắc số 7 là nhỏ nhất, độ chênh lệch tần số lớn nhất nên biên độ dao động nhỏ nhất, ngược lại con lắc thứ 2 sẽ có biên độ dao động lớn nhất.

Lý thuyết Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

a. Dao động cưỡng bức

- Dao động của vật dưới tác dụng của ngoại lực điều hòa trong giai đôạn ổn định được gọi là dao động cưỡng bức. Ngoại lực điều hòa tác dụng vào vật khi này được gọi là lực cưỡng bức

- Tính chất của dao động cưỡng bức

+ Dao động cưỡng bức trong giai đoạn ổn định là dao động điều hòa

+ Tần số góc của dao động cưỡng bức bằng tần số góc của lực cưỡng bức

+ Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ F₀, độ chênh lệch giữa tần số góc của lực cưỡng bức và tần số góc riêng của hệ, lực cản của môi trường xung quanh

b. Hiện tượng cộng hưởng

- Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số góc của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số góc riêng của hệ dao động. Khi này, biên độ dao động cưỡng bức của hệ đạt giá trị cực đại A_max

c. Lợi ích và tác hại của hiện tượng cộng hưởng

- Khi thiết kế các công trình lớn như nhà cao tầng hoặc cầu đường, các kĩ sư cần có những phương án xử lí kĩ thuật nhằm tránh xảy ra cộng hưởng trên hệ thống

- Sóng địa chấn đã tạo ra lực cưỡng bức lên các tòa nhà, gây hiện tượng cộng hưởng làm nhiều tòa nhà có độ cao trung bình rung lắc dữ dội và sụp đổ hoàn toàn, trong khi những tòa nhà cao hơn hoặc thấp hơn hẳn lại đứng vững

- Trong lĩnh vực âm nhạc: Mỗi nhạc cụ phát ra những giai điệu âm thanh mang nét đặc trưng riêng của nhạc cụ đó. Để khuếch đại độ to của âm thanh mà không làm mất đi nét đặc trưng riêng đó, người ta sử dụng buồng đặc biệt là buồng cộng hưởng