Máy đo địa chấn được sử dụng để phát hiện và đo đạc những rung động địa chấn được tạo ra bởi sự dịch chuyển

Trịnh Thị Thu Hiền Ngày: 06-09-2024 Lớp 11

1.8 K

Với giải Bài 3 trang 31 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

Bài 3 trang 31 Vật Lí 11: Máy đo địa chấn được sử dụng để phát hiện và đo đạc những rung động địa chấn được tạo ra bởi sự dịch chuyển của lớp vỏ Trái Đất. Năng lượng từ các cơn địa chấn có khả năng kích thích con lắc lò xo bên trong máy đo làm đầu bút di chuyển để vẽ lên giấy (Hình 4P.1).

Máy đo địa chấn được sử dụng để phát hiện và đo đạc những rung động địa chấn

a) Dao động của con lắc lò xo trong máy đo địa chấn khi cơn địa chấn xuất hiện là loại dao động gì? Giải thích.

b) Tần số của những cơn địa chấn thường nằm trong khoảng 30 Hz – 40 Hz. Để kết quả ghi nhận là tốt nhất, hệ con lắc lò xo trong máy đo địa chấn cần được thiết kế để có tần số dao động riêng trong khoảng nào? Giải thích.

Lời giải:

a) Dao động của con lắc lò xo trong máy đo địa chấn khi cơn địa chấn xuất hiện là loại dao động cưỡng bức. Khi xảy ra động đất, con lắc lò xo chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức, nó sẽ dao động với tần số bằng tần số của lực cưỡng bức, khi đó máy sẽ đo được mức độ của trận động đất.

b) Để kết quả ghi nhận là tốt nhất, hệ con lắc lò xo trong máy đo địa chấn cần được thiết kế để có tần số dao động riêng nhỏ hơn rất nhiều so với tần số của địa chấn. Vì tần số riêng của hệ càng gần tần số của địa chấn thì sẽ gây ra hiện tượng cộng hưởng, khi đó biên độ dao động của con lắc lò xo sẽ rất lớn quá giới hạn của máy có thể cho kết quả đo không chính xác hoặc làm hỏng máy đo.

Bài tập vận dụng:

Câu 1: Một vật có tần số riêng 20 Hz đang thực hiện dao động cưỡng bức dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn $F = 20 cos (50 πt + π) (N) \in$ . Tần số dao động của vật trong giai đoạn ổn định là

A. 50 Hz.

B. 20 Hz.

C. 25 Hz.

D. 100 Hz.

Hướng dẫn giải

Tần số dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức:

$f = \frac{ω}{2 π} = \frac{50 π}{2 π} = 25 Hz$

Đáp án đúng là C

Câu 2: Một chiếc ô tô đang chạy trên đoạn đường lát gạch, cứ cách khoảng 5 m lại có một rãnh nhỏ. Tần số dao động riêng của khung xe trên các lò xo giảm xóc là 0,5 Hz. Ô tô bị xóc mạnh nhất khi chạy với tốc độ bao nhiêu?

A. 2,5 m/s.

B. 10 m/s.

C. 50 m/s.

D. 5 m/s.

Hướng dẫn giải

Ô tô bị xóc mạnh nhất khi chu kì của ngoại lực bằng với chu kì dao động riêng của khung xe. Khi đó, ô tô có tốc độ là: $v = \frac{s}{T} = s . f = 5 .0, 5 = 2, 5 m/s$

Đáp án đúng là A

Câu 3: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng 500 g gắn vào một lò xo có độ cứng 50 N/m. Con lắc này chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn. Khi tần số góc của ngoại lực lần lượt là 5 rad/s và 8 rad/s thì biên độ của dao động con lắc lần lượt là A₁ và A₂. Hãy so sánh A₁ và A₂.

A. $A_{1} = 2 A_{2}$

B. $A_{1} > A_{2}$

C. $A_{1} = A_{2}$

D. $A_{1} < A_{2}$

Hướng dẫn giải

Tần số góc riêng của hệ là $ω_{0} = \sqrt{\frac{k}{m}} = \sqrt{\frac{50}{0, 5}} = 10 rad/s$ . Do tần số góc 8 rad/s gần với giá trị $ω_{0}$ , nên biên độ A₂ lớn hơn biên độ A₁.