Dao động điều hòa đơn giản (SHM - Simple Harmonic Motion) là dao động tuần hoàn, hoặc một loại chuyển động lặp đi lặp lại, có tính chu kỳ và có thể được mô tả bằng tần số dao động f. Để nghiên cứu tính chất của SHM, một nhóm học sinh đã thực hiện ba thí nghiệm tương ứng như sau:

Thí nghiệm 1

Nhóm học sinh đã lắp ráp con lắc đơn như trong sơ đồ 1. Dây treo của con lắc có khối lượng không đáng kể, bỏ qua mọi ma sát. Vật nặng được nâng lên ở một độ cao nhỏ, ký hiệu là H và sau đó buông nhẹ. Tần số dao động được đo bằng số dao động vật thực hiện được trong mỗi giây hoặc Hertz (Hz) và quá trình này được lặp lại với các dây treo có độ dài khác nhau. Kết quả được thể hiện trong Hình 1.

Thí nghiệm 2

Một lò xo được treo thẳng đứng nhờ một móc treo, vật nặng được nối với đầu dưới của lò xo như trong sơ đồ 2. Kéo vật nặng xuống dưới một đoạn sau đó buông nhẹ và tiến hành đo tần số dao động. Quá trình này được lặp lại với bốn lò xo khác nhau và bốn vật nặng khác nhau, kết quả được thể hiện trong Hình 2.

Thí nghiệm 3

Sử dụng và bố trí thiết bị như ở Thí nghiệm 2, hệ thống lò xo – vật nặng được giữ ở trạng thái đứng yên và tiến hành đo chiều dài của lò xo khi lò xo cân bằng. Quá trình được lặp lại với bốn lò xo và bốn vật nặng như ở Thí nghiệm 2, kết quả được thể hiện trong Hình 3.

Chu kì dao động T là thời gian vật thực hiện được một dao động. Hệ thức nào sau đây là đúng?

Giải thích 

1. Đúng. Theo phần dẫn thì tần số dao động được đo bằng số dao động vật thực hiện được trong mỗi giây hoặc Hertz (Hz).

2. Đúng. Theo phần dẫn thì dao động điều hòa đơn giản (SHM – Simple Harmonic Motion) là dao động tuần hoàn, hoặc một loại chuyển động lặp đi lặp lại, có tính chu kỳ và có thể được mô tả bằng tần số dao động.

3. Sai. Theo Hình 1, con lắc trong Thí nghiệm 1 có tần số dao động phụ thuộc vào chiều dài dây treo của con lắc.

4. Sai. Theo Hình 2, con lắc trong Thí nghiệm 2 có tần số dao động phụ thuộc vào khối lượng của vật nặng.

Hệ con lắc lò xo A – vật nặng có khối lượng 200 g dao động điều hòa với tần số 0,5 Hz. Số dao động vật thực hiện trong 2 s là (1) ____1_____.

Giải thích 

Theo phần dẫn của Thí nghiệm 1, Tần số dao động được đo bằng số dao động vật thực hiện được trong mỗi giây.

→ Hệ con lắc lò xo A – vật nặng có khối lượng 200 g dao động điều hòa với tần số 0,5 Hz tương ứng với vật thực hiện 0,5 dao động trong mỗi giây.

→ Trong 2 s, vật thực hiện được 1 dao động.

Dựa vào và chú ý trong Hình 3, các đường được vẽ cho lò xo B, C và D giao nhau ở một vị trí có khối lượng như nhau.

→ Từ Hình 3, ta thấy giá trị khối lượng của vật nặng phù hợp nhất là 270 g. Chọn B.

 Đáp án 

Đúng

Giải thích 

Dựa theo kết quả của Thí nghiệm 1, cụ thể là trong Hình 1, cho thấy tần số dao động của con lắc trong thí nghiệm giảm khi độ dài dây của con lắc tăng lên.

Theo Hình 2, hệ lò xo – vật nặng có khối lượng 100 g có tần số dao động được sắp xếp theo thứ tự giảm dần là:  

Mặt khác, từ Hình 2, thấy rằng tần số dao động của hệ lò xo C - vật nặng và hệ lò xo D – vật nặng là:  

Theo dữ kiện đề bài, hệ lò xo E – vật nặng dao động với tần số:

→ Giá trị tần số giảm dần: D, E, C, B, A. Chọn D.