BÀI 4. DAO ĐỘNG TẮT DẦN VÀ HIỆN TƯỞNG CỘNG HƯỞNG

I. DAO ĐỘNG TẮT DẦN

Thảo luận 1 trang 26 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 4.2 và mô tả chuyển động của xích đu, ván nhảy cầu sau khi ngừng tác dụng lực.

Đáp án chuẩn:

Vật vẫn sẽ chuyển động nhưng với biên độ nhỏ dần rồi từ từ dừng lại.

Thảo luận 2 trang 26 sgk vật lý 11 ctst

Nêu một số ví dụ thực tế khác về hiện tượng dao động tắt dần.

Đáp án chuẩn:

Ví dụ: dao động con lắc đồng hồ, dao động bộ giảm xóc của ôtô, xe máy,...

Luyện tập trang 27 sgk vật lý 11 ctst

Bố trí sơ đồ thí nghiệm như Hình 4.4. Kéo vật nặng của con lắc lò xo khỏi vị trí cân bằng theo phương thẳng đứng một đoạn xác định và thả nhẹ để vật dao động không vận tốc ban đầu. Dự đoán và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng (nếu có điều kiện) về dao động của con lắc trong các trường hợp vật nặng thực hiện dao động trong: 

a) Không khí 

b) Chất lỏng (nước/dầu)

c) Chất lỏng (nước/dầu) khi có gắn thêm vật cản

Đáp án chuẩn:

a) vật chuyển động nhanh với biên độ lớn và dừng lâu hơn hai trường hợp còn lại

b) vật chuyển động chậm với biên độ nhỏ và dừng nhanh hơn so với không khí

c) vật chuyển động với biên độ bằng khoảng cách từ vị trí cân bằng đến vị trí gắn vật cản và sẽ dừng lại nhanh nhất

Vận dụng trang 28 sgk vật lý 11 ctst

Đưa ra một số ví dụ về tác hại và lợi ích của dao động tắt dần. Từ đó tìm hiểu và sưu tầm hình ảnh về một số ứng dụng của dao động tắt dần trong cuộc sống.

Đáp án chuẩn:

Tác hại. Ví dụ: con lắc đồng hồ...

Có lợi. Ví dụ: bộ giảm xóc của ôtô, xe máy…

II. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

Thảo luận 3 trang 28 sgk vật lý 11 ctst

Trên thực tế, sau khi được kích thích để dao động, xích đu (Hình 4.2a) hoặc võng sẽ dao động tắt dần. Làm cách nào để chúng có thể dao động với biên độ không đổi?

Đáp án chuẩn:

Truyền năng lượng bổ sung bằng đúng phần năng lượng tiêu hao ở cuối mỗi chu kì dao động của hệ bằng lực cùng chiều chuyển động

Sử dụng ngoại lực biến thiên điều hòa theo thời gian.

Luyện tập 1 trang 29 sgk vật lý 11 ctst

Nêu một số ví dụ về dao động cưỡng bức trong thực tế.

Đáp án chuẩn:

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.

Luyện tập 2 trang 30 sgk vật lý 11 ctst

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.

Đáp án chuẩn:

Dao động do hiện tượng cộng hưởng.

Con lắc dao động mạnh nhất là con lắc có chu kì gần nhất với chu kì dao động của con lắc.

Thảo luận 4 trang 30 sgk vật lý 11 ctst

Trình bày một số lợi ích và tác hại của hiện tượng cộng hưởng trong thực tế mà em biết.

Đáp án chuẩn:

Tác dụng: hộp đàn ghita, violon,...

Tác hại: gây ra hư hỏng, đổ gãy.

Luyện tập 3 trang 31 sgk vật lý 11 ctst

Tìm hiểu và trình bày hoạt động của bộ giảm chấn khối lượng, là một con lắc được treo trên toà nhà Taipei 101 tại thành phố Đài Bắc, Đài Loan (Hình 4.1).

Đáp án chuẩn:

Bộ giảm chấn đóng vai trò làm một thiết bị giảm chấn khối lượng điều chỉnh.

Được treo lơ lửng từ tầng 92 xuống tầng 87, con lắc đu đưa để bù chuyển động trong tòa nhà do các cơn gió mạnh gây ra. Hai thiết bị giảm chấn khối lượng điều chỉnh khác, được đặt tại đỉnh của chóp để giúp tránh tổn thất cho cấu trúc do gió mạnh. 

Vận dụng trang 31 sgk vật lý 11 ctst

Tìm hiểu và trình bày ngắn gọn phương án kĩ thuật để hạn chế thiệt hại cho các toà nhà, đặc biệt là các toà nhà cao tầng, tại những nơi thường xảy ra động đất như Nhật Bản.

Đáp án chuẩn:

 - Công nghệ “Con lắc thép khổng lồ” cho công trình Shinjuku Mitsui

Đặt sáu con lắc thép khổng lồ, mỗi con lắc nặng 300 tấn trên nóc một tòa nhà cao 55 tầng tại Tokyo.

Theo thiết kế, những con lắc này không những làm giảm chấn động tới 60%, mà còn rút ngắn thời gian chịu tác động từ dư chấn của tòa nhà. 

 - Công nghệ “Con nhún” cho công trình Bệnh viện Chữ thập đỏ Ishinomaki

 - Công nghệ Piston cho các tòa nhà tháp

 - Công nghệ chống động đất khác cho các tòa nhà trên thế giới

Bài tập 1 trang 31 sgk vật lý 11 ctst

Cho ví dụ về một số ứng dụng của dao động tắt dần trong thực tiễn.

Đáp án chuẩn:     

Các thiết bị đóng cửa tự động hay giảm xóc ô tô, xe máy... 

Bài tập 2 trang 31 sgk vật lý 11 ctst

Hãy chỉ ra hai trường hợp cộng hưởng có lợi và hại trường hợp cộng hưởng có hại. Trong từng trường hợp hãy chỉ rõ hệ dao động và nguồn gốc gây ra sự cộng hưởng.

Đáp án chuẩn:     

Có lợi: hộp đàn

+ hệ dao động: hộp đàn và dây đàn

+ nguồn gốc: do dây đàn dao động truyền đến hộp đàn gặp sự phản xạ nhiều lần, tạo ra sóng cộng hưởng, khuếch đại âm thanh

Có hại: cầu sập

+ hệ dao động: cầu và lực tác động của đoàn quân diễu hành.

+ nguồn gốc: do dây đàn dao động truyền đến hộp đàn gặp sự phản xạ nhiều lần, tạo ra sóng cộng hưởng, khuếch đại âm thanh

Bài tập 3 trang 31 sgk vật lý 11 ctst

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 4P1).

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?

Đáp án chuẩn:

a) Dao động cưỡng bức. Khi sóng động đất được truyền tới, mặt đất bị rung chuyển và đóng vai trò như nguồn tạo ra lực cưỡng bức tác dụng lên con lắc lò xo trong máy đo địa chấn.

b) 30 Hz – 40 Hz