Tìm hiểu và trình bày ngắn gọn phương án kĩ thuật để hạn chế thiệt hại

Giải Vật Lí 11 Bài 4: Dao động tắt dần và hiện tượng cộng hưởng - Chân trời sáng tạo

Vận dụng trang 31 Vật Lí 11: Tìm hiểu và trình bày ngắn gọn phương án kĩ thuật để hạn chế thiệt hại cho các toà nhà, đặc biệt là các toà nhà cao tầng, tại những nơi thường xảy ra động đất như Nhật Bản.

Lời giải:

Động đất luôn là một hiện tượng tự nhiên đáng sợ và nó trở nên nguy hiểm hơn khi các thành phố ngày càng phát triển đi kèm với những rủi ro sụp đổ của các tòa nhà cao tầng.​

Tại sao các tòa nhà lại sụp đổ khi động đất và làm thế nào để ngăn chặn điều này?
Nếu như bạn đã từng xem các bộ phim thảm họa, bạn có thể nghĩ rằng các tòa nhà sụp đổ do nguyên nhân trực tiếp là mặt đất dưới chân chúng rung lắc dữ dội hay thậm chí là tách ra xa nhau. Nhưng đó không thực sự là cách chúng sụp đổ vì hầu hết các tòa nhà không nằm đúng vị trí đứt gãy và sự dịch chuyển các mảng kiến tạo thì xảy ra ở sâu hơn nhiều so với nền móng của các tòa nhà. Trên thực tế, sự ảnh hưởng của động đất đến các tòa nhà phức tạp hơn nhiều.

Vậy điều gì mới là nguyên nhân thực sự khiến các tòa nhà sụp đổ?

Khi mặt đất chuyển động bên dưới tòa nhà, chúng gửi các làn sóng xung kích qua các phần còn lại của cấu trúc và khiến nó rung lắc qua lại. Sức mạnh của sự dao động này phụ thuộc vào 2 yếu tố chính là khối lượng của tòa nhà (tập trung chủ yếu ở phần nóc) và độ chắc chắn của nó (yếu tố chủ yếu của sự dao động). Các tòa nhà thấp thường chắc chắn hơn, trong khi các tòa nhà cao thì mềm dẻo hơn.

Vậy là mọi người nghĩ rằng giải pháp chống sập nhà là xây dựng các tòa nhà thấp hơn để chúng biến dạng ít nhất có thể.

Nhưng trận động đất năm 1985 ở Mexico là ví dụ tốt cho thấy điều đó không hoàn toàn đúng. Trong trận động đất, nhiều tòa nhà từ 6 đến 15 tầng đã bị sụp đổ. Điều lạ là các tòa nhà thấp hơn 6 tầng gần đó vẫn đứng vững và các tòa nhà cao hơn 15 tầng cũng hầu như không bị ảnh hưởng, còn các tòa nhà cỡ trung thì lại rung lắc dữ dội hơn và bị sụp đổ.

Điều đã xảy ra ở Mexico là 1 hiệu ứng gọi là cộng hưởng, khi mà tần số của làn sóng địa chấn động đất xảy ra cùng với tần số tự nhiên của các tòa nhà tầm trung. Giống như sự thúc đẩy cùng nhịp cho xích đu. Mỗi làn sóng địa chấn sẽ khuếch đại thêm sự rung lắc của tòa nhà và ngày càng mạnh hơn cuối cùng đi quá giới hạn mà tòa nhà có thể chịu được gây sụp đổ.

Ngày nay, các kĩ sư làm việc với các nhà địa chất và địa chấn học để dự đoán tần số của động đất tại các vị trí xây dựng để ngăn chặn sự sụp đổ do cộng hưởng, dựa vào các yếu tố như loại đất hay dữ liệu của các trận động đất trước kia. Dao động với tần số thấp sẽ gây nhiều thiệt hại cho các tòa nhà cao hơn và mềm dẻo hơn trong khi dao động với tần số cao sẽ gây nguy hiểm với các cấu trúc thấp và chắc chắn.

Các kĩ sư cũng đã nghĩ ra cách để hấp thụ rung lắc để hạn chế sự biến dạng bằng cách sử dụng công nghệ mới.

- Dựa trên độ linh hoạt để cô lập sự dao động của phần nền so với phần còn lại của tòa nhà.

- Dựa trên sự dao động lệch pha để điều tiết xóa bỏ sự cộng hưởng với tần số tự nhiên để giảm rung lắc.

Lời giải Vật Lí 11 Bài 4: Dao động tắt dần và hiện tượng cộng hưởng hay khác:

• Mở đầu trang 26 Vật Lí 11: Bộ giảm chấn khối lượng (mass damper) (Hình 4.1) được sử dụng để ....

• Câu hỏi 1 trang 26 Vật Lí 11: Quan sát Hình 4.2 và mô tả chuyển động của xích đu, ván nhảy cầu sau khi ngừng tác dụng lực.....

• Câu hỏi 2 trang 26 Vật Lí 11: Nêu một số ví dụ thực tế khác về hiện tượng dao động tắt dần.....

• Luyện tập trang 27 Vật Lí 11: Bố trí sơ đồ thí nghiệm như Hình 4.4. Kéo vật nặng của con lắc lò xo khỏi vị trí cân bằng....

• Vận dụng trang 28 Vật Lí 11: Đưa ra một số ví dụ về tác hại và lợi ích của dao động tắt dần....

• Câu hỏi 3 trang 28 Vật Lí 11: Trên thực tế, sau khi được kích thích để dao động, xích đu (Hình 4.2a) ....

• Luyện tập trang 29 Vật Lí 11: Nêu một số ví dụ về dao động cưỡng bức trong thực tế.....

• Luyện tập trang 30 Vật Lí 11: Bố trí thí nghiệm hệ con lắc Barton như Hình 4.10. Mô hình gồm nhiều con lắc đơn có chiều dài dây treo khác nhau .....

• Câu hỏi 4 trang 30 Vật Lí 11: Trình bày một số lợi ích và tác hại của hiện tượng cộng hưởng trong thực tế mà em đã biết.....

• Luyện tập trang 31 Vật Lí 11: Tìm hiểu và trình bày hoạt động của bộ giảm chấn khối lượng,.....

• Bài 1 trang 31 Vật Lí 11: Cho ví dụ về một số ứng dụng của dao động tắt dần trong thực tiễn.....

• Bài 2 trang 31 Vật Lí 11: Hãy chỉ ra hai trường hợp cộng hưởng có lợi và hai trường hợp cộng hưởng có hại....

• Bài 3 trang 31 Vật Lí 11: Máy đo địa chấn được sử dụng để phát hiện và đo đạc những rung động địa chấn được tạo ra bởi sự dịch chuyển của lớp vỏ Trái Đất....

Xem thêm lời giải bài tập Vật Lí lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

• Vật Lí 11 Bài 5: Sóng và sự truyền sóng

• Vật Lí 11 Bài 6: Các đặc trưng vật lí của sóng

• Vật Lí 11 Bài 7: Sóng điện từ

• Vật Lí 11 Bài 8: Giao thoa sóng

• Vật Lí 11 Bài 9: Sóng dừng

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 11 hay khác:

• Giải sgk Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo
• Giải Chuyên đề Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo
• Giải SBT Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo
• Giải lớp 11 Chân trời sáng tạo (các môn học)
• Giải lớp 11 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 11 Cánh diều (các môn học)

---