Câu hỏi
Con lắc đơn có chu kì \(T\) ở nhiệt độ \(t\). Con lắc nối với thanh kim loại có chiều dài \(l\), hệ số nở dài \(\alpha \). Nhiệt độ môi trường giảm \(\Delta t\), chu kì của con lắc thay đổi như thế nào?
- A tăng
- B giảm
- C không thay đổi
- D không thể kết luận
Phương pháp giải:
Chu kì của con lắc đơn: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{g}} \)
Chiều dài của con lắc: \(l = {l_0}\left( {1 + \alpha \Delta t} \right)\)
Công thức gần đúng: \(\left\{ \begin{array}{l}{\left( {1 \pm \varepsilon } \right)^m} \approx 1 \pm m\varepsilon \\{\left( {1 + \varepsilon } \right)^m}.{\left( {1 + \varepsilon '} \right)^n} \approx 1 + m\varepsilon + n\varepsilon '\end{array} \right.\)
Lời giải chi tiết:
Chu kì của con lắc ở nhiệt độ \(t\) là: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{g}} \)
Nhiệt độ môi trường giảm, chu kì của con lắc là:
\(T' = 2\pi \sqrt {\dfrac{{l'}}{g}} = 2\pi \sqrt {\dfrac{{{l_0}\left( {1 + \alpha {t_2}} \right)}}{g}} \Rightarrow \dfrac{{T'}}{T} = \dfrac{{\sqrt {\dfrac{{{l_0}\left( {1 + \alpha {t_1}} \right)}}{g}} }}{{\sqrt {\dfrac{{{l_0}\left( {1 + \alpha {t_2}} \right)}}{g}} }} = \sqrt {\dfrac{{1 + \alpha {t_2}}}{{1 + \alpha {t_1}}}} \)
Công thức gần đúng: \(\sqrt {\dfrac{{1 + \alpha \Delta {t_2}}}{{1 + \alpha \Delta {t_1}}}} = {\left( {1 + \alpha {t_2}} \right)^{\dfrac{1}{2}}}.{\left( {1 + \alpha {t_1}} \right)^{ - \dfrac{1}{2}}} \approx 1 + \dfrac{1}{2}\alpha {t_2} - \dfrac{1}{2}\alpha {t_1}\)
\( \Rightarrow \dfrac{{T'}}{T} = 1 + \dfrac{1}{2}\alpha \left( {{t_2} - {t_1}} \right)\)
Nhiệt độ môi trường giảm \( \Rightarrow {t_2} < {t_1} \Rightarrow \dfrac{{T'}}{T} < 1 \Rightarrow T' < T\)
Vậy chu kì của con lắc giảm.
Độ chênh lệch chu kì là: \(\dfrac{{\Delta T}}{T} = \dfrac{{T' - T}}{T} = \dfrac{{T'}}{T} - 1 = \dfrac{1}{2}\alpha \left( {{t_2} - {t_1}} \right)\)
Chọn B.