Bài 1.50 trang 19

1. Nội dung câu hỏi 
Một con lắc lò xo treo trên trần của toa tàu ngay vị trí phía trên trục bánh xe. Biết chiều dài mỗi thanh ray là L = 12 m và khi tàu chạy thẳng đều với tốc độ v = 20,0 m/s thì vật m gắn ở đầu dưới của lò xo dao động với biên độ lớn nhất. Tìm chu kì dao động riêng T₀ của con lắc.
 

2. Phương pháp giải
Vận dụng kiến thức đã học về dao động cưỡng bức và thanh ray đường sắt.
- Dao động gây ra bởi một ngoại lực cưỡng bức biến thiên tuần hoàn được gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.
- Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động được gọi là hiện tượng cộng hưởng.
- Thanh ray: Tuyến đường ray có từ 2 đường ray trở lên, giúp định hướng và chuyển hướng bánh xe của tàu. Mỗi đường ray tách làm nhiều thanh ray để khi tàu ma sát với đường ray, sự giãn nở vì nhiệt của thanh ray không làm biến dạng tuyến đường ray.

3. Lời giải chi tiết
Mỗi lần đi hết một thanh ray và chuyển sang thanh ray khác, toa tàu hạ xuống và nâng lên dưới tác dụng của trọng lực, từ đó tạo thành ngoại lực tác dụng vào vật m.
=> Thời gian đi hết một thanh ray là chu kì của ngoại lực tác dụng lên vật m.
Vật m dao động với biên độ lớn nhất.
=> Đang xảy ra hiện tượng cộng hưởng.
=> Chu kì dao động riêng của con lắc là: $T=T_0=\frac{L}{v}=\frac{12}{20}=0,6 \mathrm{~s}$