Mở đầu (trang 28) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: 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?
Trả lời:
- 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 toà nhà rung lắc, khối cầu sẽ di chuyển theo hướng đối diện với hướng dao động và tạo ra một lực trở lại để ổn định toà nhà. Quá trình này sẽ giúp giảm rung lắc của toà nhà và giữ cho toà nhà ổn định trong các tình huống khó khăn như gió mạnh, bão hay động đất.
I. Dao động tắt dần
Câu hỏi 1 (trang 29) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Giải thích tại sao, trong môi trường có lực cản, dao động của các vật lại tắt dần.
- 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,…). Từ đó biên độ dao động giảm dần và tắt hẳn dẫn đến dao động của các vật sẽ tắt dần theo thời gian.
Câu hỏi 2 (trang 29) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Vì sao nếu chỉ đẩy một lần, xích đu sẽ dao động một vài chu kì rồi dừng lại?
Trả lời:
- 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.
Luyện tập 1 (trang 29) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Lấy ví dụ về dao động tắt dần trong thực tế.
Lời giải:
- 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
Câu hỏi 3: Lấy ví dụ các hệ dao động cưỡng bức trong thực tế.
-Ví dụ: Trong trò chơi xích đu bạn nam tác dụng lực vào bạn nữ để xích đu chuyển động. Xích đu sẽ dao động tắt dần, bạn nam tiếp tục tác dụng một lực lên xích đu, làm cho xích đu dao động theo tần số của lực do tay tạo nên. Lúc này dao động của xích đu được gọi là dao động cưỡng bức.
Câu hỏi 4 (trang 30) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 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?
Trả lời:
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:
Câu hỏi 5 (trang 30) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: 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
Trả lời:
- 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.
Vận dụng (trang 31) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4:
- 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.
Lời giải:
- Ví dụ: Gảy đàn ghi ta.
Hộp cộng hưởng có vai trò giúp cho không khí trong hộp có thể dao động cộng hưởng với những tần số dao động khác nhau của dây đàn. Trường hợp cộng hưởng này có lợi.
- Ví dụ: Chiếc cầu bị rung lắc do hiện tượng cộng hưởng
- Ví dụ: Chiếc li thuỷ tinh đặt gần một chiếc loa công suất lớn, li thuỷ tinh bị vỡ khi loa phát ra âm thanh tương đối lớn.