Câu hỏi
Trên một sợi dây đàn hồi dài \(1,2\,\,m\) với hai đầu cố định, đang có sóng dừng với \(5\) nút sóng (kể cả hai đầu dây). Gọi \(M\) và \(N\) là hai điểm gần nhất trên dây mà phần tử tại \(M\) và \(N\) có cùng biên độ dao động và bằng nửa biên độ dao động của bụng sóng. Khoảng cách giữa vị trí cân bằng của hai điểm \(M\) và \(N\) bằng
- A \(30\,\,cm\).
- B \(20\,\,cm\).
- C \(40\,\,cm\).
- D \(10\,\,cm\).
Phương pháp giải:
Điều kiện có sóng dừng: \({\rm{l = k}}\dfrac{\lambda }{2}\) với k là số bó sóng
Biên độ của điểm cách nút gần nhất khoảng d: \(a = 2{a_0}\sin \dfrac{{2\pi d}}{\lambda }\)
Lời giải chi tiết:
Sóng dừng trên dây với 5 nút sóng → có 4 bụng sóng, chiều dài dây là:
\({\rm{l = k}}\dfrac{\lambda }{2} \Rightarrow 1,2 = 4.\dfrac{\lambda }{2} \Rightarrow \lambda = 0,6\,\,\left( m \right) = 60\,\,\left( {cm} \right)\)
Biên độ dao động của điểm bụng là: \({a_{\max }} = 2{a_0}\)
Biên độ dao động của điểm M là:
\(\begin{array}{l}{a_M} = 2{a_0}\sin \dfrac{{2\pi d}}{\lambda } = \dfrac{1}{2}.2{a_0} \Rightarrow \sin \dfrac{{2\pi d}}{\lambda } = \dfrac{1}{2}\\ \Rightarrow \dfrac{{2\pi d}}{\lambda } = \dfrac{\pi }{6} \Rightarrow d = \dfrac{\lambda }{{12}} = 5\,\,\left( {cm} \right) < \dfrac{\lambda }{8}\end{array}\)
Khoảng cách từ điểm M tới bụng gần nhất là:
\(d' = \dfrac{\lambda }{4} - d = \dfrac{{60}}{4} - 5 = 10\,\,\left( {cm} \right)\)
Vậy để hai điểm M, N gần nhất, chúng đối xứng nhau qua nút
Khoảng cách giữa vị trí cân bằng của hai điểm \(M\) và \(N\) bằng:
\(MN = 2d = 2.5 = 10\,\,\left( {cm} \right)\)
Chọn D.