Câu hỏi
Con lắc đồng hồ chạy đúng trên mặt đất có nhiệt độ \(t\). Đưa con lắc lên độ cao \(h\), tại đó nhiệt độ tăng \(\Delta t\) so với mặt đất. Đồng hồ
- A chạy nhanh
- B chạy chậm
- C chạy đúng
- D không thể kết luận
Phương pháp giải:
Chu kì của con lắc đơn: \(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{g}} \)
Gia tốc trọng trường ở độ cao \(h\): \(g = \dfrac{{GM}}{{{{\left( {R + h} \right)}^2}}}\)
Chiều dài dây treo con lắc: \(l = {l_0}\left( {1 + \alpha \Delta t} \right)\)
Lời giải chi tiết:
Chu kì của con lắc chạy đúng trên mặt đất là:
\(T = 2\pi \sqrt {\dfrac{l}{g}} = 2\pi \sqrt {\dfrac{{{l_0}\left( {1 + \alpha {t_1}} \right)}}{{\dfrac{{GM}}{{{R^2}}}}}} \)
Chu kì của con lắc ở độ cao \(h\), nhiệt độ tăng là:
\(\begin{array}{l}T' = 2\pi \sqrt {\dfrac{{l'}}{{g'}}} = 2\pi \sqrt {\dfrac{{{l_0}\left( {1 + \alpha {t_2}} \right)}}{{\dfrac{{GM}}{{{{\left( {R + h} \right)}^2}}}}}} \\ \Rightarrow \dfrac{{T'}}{T} = \dfrac{{2\pi \sqrt {\dfrac{{{l_0}\left( {1 + \alpha {t_2}} \right)}}{{\dfrac{{GM}}{{{{\left( {R + h} \right)}^2}}}}}} }}{{2\pi \sqrt {\dfrac{{{l_0}\left( {1 + \alpha {t_1}} \right)}}{{\dfrac{{GM}}{{{R^2}}}}}} }} = \sqrt {\dfrac{{1 + \alpha {t_2}}}{{1 + \alpha {t_1}}}} .\dfrac{{R + h}}{R}\end{array}\)
Ta có công thức gần đúng: \(\sqrt {\dfrac{{1 + \alpha {t_2}}}{{1 + \alpha {t_2}}}} .\dfrac{{R + h}}{R} \approx 1 + \dfrac{1}{2}\alpha \left( {{t_2} - {t_1}} \right) + \dfrac{h}{R}\)
Nhiệt độ tăng: \({t_2} > {t_1} \Rightarrow \dfrac{{T'}}{T} > 1 \Rightarrow T' > T\)
Chu kì con lắc tăng, đồng hồ chạy chậm.
Thời gian đồng hồ chạy sai là:
\(\dfrac{{\Delta T}}{T} = \dfrac{{T' - T}}{T} = \dfrac{{T'}}{T} - 1 = \dfrac{1}{2}\alpha \left( {{t_2} - {t_1}} \right) + \dfrac{h}{R}\)
Chọn B.