Bài 4. Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng trang 28, 29, 30, 31, 32 Vật lý 11 Cánh diều: Tòa nhà Đài Bắc 101 (Taipei 1010) cao 509 m xác lập kỉ lục là tòa...

Câu hỏi:

Tòa nhà Đài Bắc 101 (Taipei 1010) cao 509 m xác lập kỉ lục là tòa nhà cao nhất thế giới vào năm 2004 và duy trì vị thế này cho đến năm 2010 khi tòa nhà Bụi Kalifa (Bu-zi Ca-li-fa) ở Dubai được khánh thành. Để bảo vệ tòa 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 tòa nhà. Khối cầu này giúp giảm rung lắc của tòa nhà bằng cách nào?

Hướng dẫn giải :

Dựa vào những kiến thức đã học về con lắc đơn, cùng với hiểu biết đã có về hệ thống giảm chấn của tòa nhà Taipei 1010 để giải thích.

Lời giải chi tiết :

Quả cầu thép khổng lồ nặng 730 tấn hoạt động như con lắc. Con lắc được thiết kế để dao động tương ứng với chuyển động của tòa nhà, dao động nhẹ nhàng để triệt tiêu các lực khiến tòa nhà bị lắc lư. Từ đó giúp cho tòa nhà giảm rung lắc.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Sử dụng kiến thức về bảo toàn năng lượng để giải thích

Lời giải chi tiết :

Trong môi trường có lực cản, khi các vật dao động, lực cản làm tiêu hao cơ năng của vật dao động, chuyển hóa dần cơ năng thành nhiệt năng, khiến cơ năng giảm dần về 0. Do đó, biên độ dao động ccuarvaatj giảm dần và cuối cùng dừng lại.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Áp dụng câu 1 để giải thích

Lời giải chi tiết :

Khi đẩy xích đu, ta truyền cho xích đu một lượng năng lượng nhất định dưới dạng cơ năng. Khi xích đu dao động, lực cản của không khí và lực ma sát giữa dây treo và chỗ tiếp xúc làm tiêu hao cơ năng của xích đu, làm cho biên độ dao động của xích đu giảm dần về 0, khiến xích đu dừng lại sau vài chu kì.

Câu hỏi:

Lấy ví dụ về dao động tắt dần trong thực tế

Hướng dẫn giải :

Dựa vào định nghĩa dao động tắt dần, cùng hiểu biết về các hiện tượng trong thực tế đưa ra ví dụ

Lời giải chi tiết :

Bộ phận giảm xóc của xe máy là ứng dụng của dao động tắt dần. Khi xe máy đi qua chỗ mấp mô, xe bị nảy lên và dao động. Nếu dao động này kéo dài sẽ khiến người ngồi trên xe khó chịu. Vì thế người ta lắp thêm bộ phận giảm xóc để làm tắt dao động của khung xe.

Câu hỏi:

Lấy ví dụ các hệ dao động cưỡng bức trong thực tế

Hướng dẫn giải :

Dựa vào định nghĩa dao động cưỡng bức, cùng hiểu biết về các hiện tượng trong thực tế đưa ra ví dụ.

Lời giải chi tiết :

Khi xe buýt đến bến xe, xe chỉ tạm dừng mà không tắt máy, thân xe vẫn dao động. Dao động này là dao động cưỡng bức dưới tác dụng của lực cưỡng bức tuần hoàn gây ra bởi chuyển động của pít-tông trong vi lanh của máy nổ.

Câu hỏi:

Tìm tần số dao động riêng của con lắc lò xo trong Hình 4.4. Tần số này phụ thuộc vào những yếu tố nào

Hướng dẫn giải :

Sử dụng công thức tính tần số của dao động điều hòa của con lắc lò xo. Từ công thức, nêu ra những yếu tố ảnh hưởng đến tần số này.

Lời giải chi tiết :

Tần số dao động riêng của con lắc lò xo là \(f = \frac{1}{T} = \frac{1}{{2\pi }}\sqrt {\frac{k}{m}} \).

Tần số dao động riêng của con lắc lò xo phụ thuộc vào độ cứng k của lò xo và khối lượng m của vật.

Câu hỏi:

Dựa vào đồ thị Hình 4.4, mô tả sự thay đổi của biên độ cưỡng bức theo tần số của ngoại lực tuần hoàn

Hướng dẫn giải :

Quan sát đồ thị và mô tả sự biến đổi của biên độ dao động khi tần số ngoại lực tăng dần.

Lời giải chi tiết :

Khi tần số của ngoại lực tuần hoàn tăng từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị f₀ bằng tần số dao động riêng, biên độ dao động tăng dần đến giá trị cực đại. Sau đó, khi tần số của ngoại lực tăng từ giá trị f₀, biên độ dao động giảm dần.

Câu hỏi:

Tìm hiểu các giải pháp đã được áp dụng để hạn chế rung lắc nguy hiểm cho các công trình xây dựng trước tác dụng của con người và thiên nhiên như gió bão, động đất

Lời giải chi tiết :

Sử dụng thanh sợi CABKOMA là phương pháp gia cố nhằm hạn chế tác động của động đất tới các công trình được xây dựng từ trước. Sử dụng CABKOMA giúp chống rung lắc các tầng trên, hấp thụ các lực ngang bằng cách truyền lực này xuống đất. Trên thực tế, bề ngoài của tòa nhà đã được bọc kín bởi hơn 4000 thanh sợi CABKOMA, trông giống như một lớp vải bọc bên ngoài. Kết quả tạo ra môt mặt tiền thoáng mát, có tính thẩm mỹ cao trong khi vẫn cung cấp khả năng gia cố, bảo vệ tòa nhà an toàn khi có động đất xảy ra.

Câu hỏi:

• 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.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng định nghĩa về hiện tượng cộng hưởng và hiểu biết về các hiện tượng trong thực tế cuộc sống.

Lời giải chi tiết :

Vào năm 1940, gió giật ở Puget Sound Narrows, Tacoma, Washington khiến cho một cây cầu treo rung chuyển với tần số bằng tần số riêng và cây cầu bị sập.

Đây là trường hợp hiện tượng cộng hưởng có hại.

Cộng hưởng âm thanh là hiện tượng mà hệ thống âm thanh khuếch đại sóng âm có tần số trùng với một trong các tần số dao động tự nhiên của chính hệ thống âm thanh. Hầu hết các nhạc cụ đều có hộp cộng hưởng.

Lò vi sóng hoạt động dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cộng hưởng. Sóng được sử dụng ở trong lò vi sóng có tần số phù hợp với tần số riêng của nước, các phân tử nước dao động cưỡng bức cộng hưởng, nên hấp thu năng lượng của sóng và nhanh chóng nóng lên, giúp hâm nóng đồ ăn nhanh chóng.

Hai hiện tượng trên là hiện tượng cộng hưởng có lợi.