BÀI 4. DAO ĐỘNG TẮT DẦN, DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Toà nhà Đài Bắc 101 (Taipei 101) cao 509 m xác lập kỉ lục là toà nhà cao nhất thế giới vào năm 2004 và duy trì vị thế này cho đến năm 2010 khi toà nhà Buji Kalifa (Bu-zi Ca-li-fa) ở Dubai (Du-bai) được khánh thành. Để bảo vệ toà nhà khỏi rung lắc mạnh dưới tác dụng của gió, bão hay động đất, một quả cầu giảm chấn khổng lồ đường kính 5,5 m, khối lượng 662 tấn được treo lơ lửng từ tầng 92 xuống tầng 87 của toà nhà. Khối cầu này giúp giảm rung lắc của toà nhà bằng cách nào?

Giải nhanh:

Khối cầu được gắn vào bộ giảm chấn, bao gồm một hệ thống các lò xo và các bộ giảm chấn khí, để giảm sự dao động của khối cầu và giữ cho nó ở trạng thái tĩnh. Khi có tác động ngoại lực (gió, bão, động đất…) lên toà nhà thì cả toà nhà sẽ bị dao động theo (rung lắc), nhờ có con lắc giảm chấn này mà nó sẽ triệt tiêu được đáng kể ngoại lực tác dụng

I. DAO DỘNG TẮT DẦN

Câu hỏi 1: Giải thích tại sao, trong môi trường có lực cản, dao động của các vật lại tắt dần.

Giải nhanh:

Trong môi trường có lực cản, sẽ sinh ra ma sát từ đó phát sinh năng lượng hao phí dẫn đến năng lượng ban đầu của dao động chuyển hoá dần thành các dạng năng lượng khác (nhiệt, âm thanh,…) nên dao động của các vật lại tắt dần.

Câu hỏi 2: Vì sao nếu chỉ đẩy một lần, xích đu sẽ dao động một vài chu kì rồi dừng lại?

Giải nhanh:

Vì trong quá trình dao động, xích đu chịu tác dụng của ngoại lực tác dụng (lực cản không khí, lực ma sát, …) dẫn đến năng lượng bị chuyển hoá thành năng lượng hao phí, biên độ giảm dần và cuối cùng xích đu sẽ dừng lại sau một vài chu kì.

Luyện tập 1: Lấy ví dụ về dao động tắt dần trong thực tế.

Giải nhanh:

Dao động của con lắc đồng hồ. Con lắc đồng hồ có thể được xem như một bộ dao động, trong đó con lắc dao động qua lại để đo thời gian

II. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

1. Dao động cưỡng bức

Câu hỏi 3: Lấy ví dụ các hệ dao động cưỡng bức trong thực tế.

Giải nhanh:

Hệ dao động cưỡng bức trong thực tế: trò chơi xích đu

2. Hiện tượng cộng hưởng

Câu hỏi 4: Tìm tần số dao động riêng của con lắc lò xo trong Hình 2.5. Tần số này phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Giải nhanh:

k= 150 N/m

m= 0,15 kg 

Tần số dao động riêng của con lắc lò xo có thể được tính toán bằng công thức:

Như vậy, tần số dao động riêng của con lắc lò xo phụ thuộc vào hai yếu tố chính là hằng đàn hồi của lò xo và khối lượng của vật đang dao động. 

Câu hỏi 5: Dựa vào đô thị Hình 4.4, mô tả sự thay đổi của biên độ dao động cưỡng bức theo tần số của ngoại lực tuần hoàn. Biên độ của dao động cường bức và lực cản của môi trường có mối liên hệ như thế nào?

Giải nhanh:

Biên độ của dao động cững bức tăng dần khi tần số tăng dần đến giá trị f0.

Biên độ đạt cực đại tại giá trị f0 và sau đó giảm dần khi tần số lớn hơn f0.

Vận dụng: 

• Tìm ví dụ về hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong cuộc sống.

• Đánh giá sự có lợi hay có hại của hiện tượng cộng hưởng trong trường hợp đó.

• Giải nhanh:

• Sự cộng hưởng của sóng âm trong các phòng thu âm nhạc

• Nếu phòng được thiết kế đúng cách, hiện tượng cộng hưởng có thể giúp cải thiện chất lượng âm thanh.. Tuy nhiên, nếu phòng không được thiết kế đúng cách, hiện tượng cộng hưởng có thể dẫn đến hiện tượng vọng phản, và làm giảm chất lượng âm thanh.