Sự thay đổi chu kì của con lắc đơn (nâng cao)

SỰ THAY ĐỔI CHU KÌ CON LẮC ĐƠN KHI

  1. Chu kì con lắc thay đổi theo độ cao, độ sâu h so với mặt biển
    • Chu kì con lắc khi đưa con lắc từ mặt đất lên độ cao h so với mặt nước biển:

Ở mặt đất: $T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$ với $g=\frac{GM}{{{R}^{2}}}$

Ở độ cao h: $T’=2\pi \sqrt{\frac{l}{g’}}$ với $g’=\frac{GM}{{{\left( R+h \right)}^{2}}}$

$\Rightarrow \frac{T’}{T}=\sqrt{\frac{g}{g’}}=\frac{R+h}{R}=1+\frac{h}{R}\Leftrightarrow \frac{\Delta T}{T}=\frac{h}{R}$

  • Chu kì con lắc khi đưa con lắc xuống độ sâu h so với mặt nước biển:

Ở mặt đất: $T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$ với $g=G\frac{4}{3}\pi .R.D$

Ở độ sâu h: $T’=2\pi \sqrt{\frac{l}{g’}}$với $g’=G.\frac{4}{3}\pi \left( R-h \right)D$

$\Rightarrow \frac{T’}{T}={{\left( \frac{R}{R-h} \right)}^{\frac{1}{2}}}=1+\frac{h}{2R}\Leftrightarrow \frac{\Delta T}{T}=\frac{h}{2R}$

  1. Chu kì con lắc thay đổi theo nhiệt độ

Ở nhiệt độ ${{t}_{1}}$: $T=2\pi \sqrt{\frac{{{l}_{1}}}{g}}$với ${{l}_{1}}={{l}_{0}}\left( 1+\lambda {{t}_{1}} \right)$; $\lambda $ là hệ số nở dài

Ở nhiệt độ ${{t}_{2}}$: $T=2\pi \sqrt{\frac{{{l}_{2}}}{g}}$với ${{l}_{2}}={{l}_{0}}\left( 1+\lambda {{t}_{2}} \right)$

$\frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}=\sqrt{\frac{{{l}_{2}}}{{{l}_{1}}}}=\sqrt{\frac{1+\lambda {{t}_{2}}}{1+\lambda {{t}_{1}}}}={{\left( 1+\lambda {{t}_{2}} \right)}^{\frac{1}{2}}}{{\left( 1+\lambda {{t}_{1}} \right)}^{-\frac{1}{2}}}$

Áp dụng công thức gần đúng: ${{\left( 1+\varepsilon  \right)}^{n}}=1+n\varepsilon $

$\frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}=\left( 1+\frac{1}{2}\lambda {{t}_{2}} \right)\left( 1-\frac{1}{2}\lambda {{t}_{1}} \right)\Leftrightarrow \frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}=1+\frac{1}{2}\lambda {{t}_{2}}-\frac{1}{2}\lambda {{t}_{1}}-\frac{1}{4}{{\lambda }^{2}}{{t}_{1}}{{t}_{2}}$

Do giá trị $\frac{1}{4}\lambda {{t}_{1}}{{t}_{2}}$ rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua

$\Rightarrow \frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}=1+\frac{1}{2}\lambda \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)\Leftrightarrow \frac{\Delta T}{{{T}_{1}}}=\frac{1}{2}\lambda \Delta t$

  1. Chu kì con lắc khi đưa con lắc từ mặt đất có nhiệt độ ${{t}_{1}}$ lên độ cao h có nhiệt độ

Ở mặt đất, nhiệt độ ${{t}_{1}}$: $T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$

với $g=\frac{GM}{{{R}^{2}}}$;

$l={{l}_{0}}\left( 1+\lambda {{t}_{1}} \right)$

Ở độ cao h, nhiệt độ ${{t}_{2}}$: $T’=2\pi \sqrt{\frac{l’}{g’}}$

với $g’=\frac{GM}{{{\left( R+h \right)}^{2}}}$;

$l’={{l}_{0}}\left( 1+\lambda {{t}_{2}} \right)$

$\Rightarrow \frac{T’}{T}=\sqrt{\frac{g}{g’}\cdot \frac{l’}{l}}=\frac{R+h}{R}\cdot \sqrt{\frac{1+\lambda {{t}_{2}}}{1+\lambda {{t}_{1}}}}$

$=\left( 1+\frac{h}{R} \right)\left[ 1+\frac{1}{2}\lambda \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right) \right]\Leftrightarrow \frac{T’}{T}$

$=1+\frac{h}{R}+\frac{1}{2}\lambda \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)+\frac{h}{R}\cdot \frac{1}{2}\lambda \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)$

Do giá trị $\frac{h}{R}\cdot \frac{1}{2}\lambda \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)$ rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua

$\Leftrightarrow \frac{T’}{T}\approx 1+\frac{h}{R}+\frac{1}{2}\lambda \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)\Leftrightarrow \frac{\Delta T}{T}=\frac{h}{R}+\frac{1}{2}\lambda \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)$

Chú ý:

$\Delta T>0$: Chu kì tăng, đồng hồ chạy chậm

$\Delta T<0$: Chu kì giảm, đồng hồ chạy nhanh

$\Delta T=0$: Đồng hồ chạy đúng

Thời gian đồng hồ chạy nhanh (chậm) trong một ngày đêm là:

$\theta =\frac{\Delta T}{{{T}_{2}}}\cdot 24.3600\left( s \right)$, thường ${{T}_{2}}\approx {{T}_{1}}$ nên

$\theta =\frac{\Delta T}{{{T}_{1}}}\cdot 24.3600(s)$

  1. Chu kì con lắc thay đổi khi đem con lắc từ nơi này sang nơi khác (g thay đổi một lượng rất nhỏ)

Khi con lắc ở vị trí A: $T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$

Khi con lắc ở vị trí B: $T’=2\pi \sqrt{\frac{l}{g’}}$với $g’=g+\Delta g$

$\Rightarrow \frac{T’}{T}=\sqrt{\frac{g}{g’}}=\sqrt{\frac{1}{1+\frac{\Delta g}{g}}}=1-\frac{1}{2}\cdot \frac{\Delta g}{g}\Leftrightarrow \frac{\Delta T}{T}=-\frac{1}{2}\cdot \frac{\Delta g}{g}$

Chú ý:

Khi cả nhiệt độ và g thay đổi lượng rất nhỏ, kết hợp dạng 2 và 3 ta có: $\frac{\Delta T}{T}=\frac{1}{2}\alpha \Delta t-\frac{1}{2}\cdot \frac{\Delta g}{g}$

  1. Chu kì con lắc khi chiều dài dây treo thay đổi một đoạn rất nhỏ

Khi dây treo có chiều dài ${{l}_{1}}$

Khi dây có chiều dài ${{l}_{2}}$: ${{T}_{2}}=2\pi \sqrt{\frac{{{l}_{2}}}{g}}$với ${{l}_{2}}={{l}_{1}}+\Delta l$

$\Rightarrow \frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}=\sqrt{\frac{{{l}_{2}}}{{{l}_{1}}}}=\sqrt{1+\frac{\Delta l}{{{l}_{1}}}}=1+\frac{1}{2}\cdot \frac{\Delta l}{{{l}_{1}}}\Rightarrow \frac{\Delta T}{{{T}_{1}}}=\frac{1}{2}\cdot \frac{\Delta l}{{{l}_{1}}}$

Chú ý: Khi cả lg thay đổi một lượng rất nhỏ, kết hợp dạng 3 và 4 ta có: $\frac{\Delta T}{T}=\frac{1}{2}\cdot \frac{\Delta l}{l}-\frac{1}{2}\cdot \frac{\Delta g}{g}$

.

Was this helpful?

0 / 0

Để lại một bình luận 0

Your email address will not be published. Required fields are marked *