Câu hỏi
Một đoàn tàu hỏa coi như một hệ dao động với chu kì 0,5 s chuyển động trên đường ray. Biết chiều dài của mỗi thanh ray là 15 m. Hành khách trên tàu sẽ không cảm thấy bị rung nếu độ chênh lệch giữa tần số dao động riêng của tàu và tần số do đường ray gây ra lớn hơn hoặc bằng 80% tần số dao động riêng của tàu. Hỏi vận tốc của tàu phải thỏa mãn điều kiện gì?
- A \(\text{6}\le \text{v}\le \text{54}\,\,\text{m/s}\)
- B \(\text{v}\le \text{6 m/s}\) hoặc \(\text{v}\ge \text{54 m/s}\)
- C \(\text{v}\ge \text{6 m/s}\)
- D \(\text{v}\le \text{54 m/s}\)
Phương pháp giải:
Chu kì dao động của tàu chính là thời gian tàu đi qua mỗi thanh ray.
Lời giải chi tiết:
Gọi vận tốc của tàu là v.
Thời gian tàu đi qua mỗi thanh ray là: \(t=\frac{l}{v}\)
Thời gian tàu đi qua mỗi thanh ray chính là chu kì do đường ray gây ra.
Tần số dao động riêng của tàu là: \({{f}_{0}}=\frac{1}{T}=\frac{1}{0,5}=2\,\,\left( Hz \right)\)
Theo đề bài ta có:
\(\left| {f - {f_0}} \right| \geqslant 0,8{f_0} \Rightarrow \left[ \begin{gathered}
f - {f_0} \geqslant 0,8{f_0} \hfill \\
f - {f_0} \leqslant - 0,8{f_0} \hfill \\
\end{gathered} \right. \Rightarrow \left[ \begin{gathered}
f \geqslant 1,8{f_0} = 3,6\,\,\left( {Hz} \right) \hfill \\
f \leqslant 0,2{f_0} = 0,4\,\,\left( {Hz} \right) \hfill \\
\end{gathered} \right.\)
Mà
\(f = \frac{1}{t} = \frac{v}{l} \Rightarrow \left[ \begin{gathered}
\frac{v}{l} \geqslant 3,6 \hfill \\
\frac{v}{l} \leqslant 0,4 \hfill \\
\end{gathered} \right. \Rightarrow \left[ \begin{gathered}
v \geqslant 3,6l = 3,6.15 = 54\,\,\left( {m/s} \right) \hfill \\
v \leqslant 0,4l = 0,4.15 = 6\,\,\left( {m/s} \right) \hfill \\
\end{gathered} \right.\)
Chọn B.