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

Luyện tập trang 30 Vật Lí 11: 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.

Trả lời

Khi con lắc điều khiển số 1 được kéo sang một bên theo phương vuông góc với dây treo rồi thả cho dao động thì các con lắc từ 2 đến 7 cũng dao động theo với tần số giống nhau, biên độ khác nhau. Vì:

- Con lắc từ 2 đến 7 đang dao động cưỡng bức (thông qua con lắc điều khiển 1) nên tần số của các con lắc (2 đến 7) này bằng nhau và bằng tần số dao động của con lắc điều khiển 1.

- Biên độ của các con lắc (2 đến 7) khác nhau là do biên độ của dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động. Khi tần số của lực cưỡng bức càng gần tần số riêng thì biên độ dao động của hệ càng lớn.

Ta đã biết tần số của con lắc đơn: $f=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{g}{\mathcal{l}}}$ nên chiều dài càng lớn thì tần số riêng càng nhỏ, khi đó độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ càng lớn dẫn đến biên độ dao động của hệ càng nhỏ.

Nhìn vào thí nghiệm ta thấy chiều dài các con lắc tăng dần từ 2 đến 7 nên tần số riêng của con lắc số 7 là nhỏ nhất, độ chênh lệch tần số lớn nhất nên biên độ dao động nhỏ nhất, ngược lại con lắc thứ 2 sẽ có biên độ dao động lớn nhất.

Xem thêm lời giải bài tập sgk Vật lí 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác: