Câu hỏi: Thực hiện giao thoa trên bề mặt chất lỏng với hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 30cm dao động theo phương thẳng đứng với cùng phương trình ${{u}_{A}}={{u}_{B}}=5\cos \left( 20\pi t+\dfrac{3\pi }{4} \right)(\text{cm};s).$ Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 0,2m/s. Gọi d là đường thẳng trên mặt chất lỏng qua B và vuông góc với AB. Điểm trên d dao động với biên độ cực đại và cùng pha với hai nguồn cách B một đoạn nhỏ nhất bằng bao nhiêu?
A. 34,00 cm.
B. 30,07 cm.
C. 30,30 cm.
D. 16,00 cm.
A. 34,00 cm.
B. 30,07 cm.
C. 30,30 cm.
D. 16,00 cm.
Phương pháp:
+ Bước sóng: $\lambda =\dfrac{v}{f}$
+ Điều kiện có cực đại giao thoa: ${{d}_{2}}-{{d}_{1}}=k\lambda ;k\in Z$
Cách giải:
Phương trình dao động của hai nguồn:
${{u}_{A}}={{u}_{B}}=5\cos \left( 20\pi t+\dfrac{3\pi }{4} \right)(\text{cm};s)$
Tốc độ truyền sóng: $v=0,2~\text{m}/\text{s}$
Bước sóng: $\lambda =\dfrac{v}{f}=2(~\text{cm})$
Bài cho $AB=30~\text{cm}\Rightarrow \text{AB}=15\lambda $
Áp dụng định lí Pitago trong tam giác vuông ABC ta có: $A{{C}^{2}}=A{{B}^{2}}+B{{C}^{2}}\Rightarrow A{{B}^{2}}=A{{C}^{2}}-B{{C}^{2}}$
Mà: $\left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{d}_{1}}=AC \\
{{d}_{2}}=CB \\
\end{array}\Rightarrow d_{2}^{2}-d_{1}^{2}={{(15\lambda )}^{2}}\Leftrightarrow \left( {{d}_{2}}-{{d}_{1}} \right)\left( {{d}_{2}}+{{d}_{1}} \right)={{(15\lambda )}^{2}} \right.$
Mặt khác: ${{d}_{2}}-{{d}_{1}}=k\lambda \left( 2 \right)$ (cực đại)
Từ (1) và (2) $\Rightarrow {{d}_{2}}+{{d}_{1}}=\dfrac{225}{k}\lambda $
Để cực đại cùng pha thì k và $\dfrac{225}{k}$ hoặc cùng chẵn hoặc cùng lẻ, ở đây chỉ có k lẻ thỏa mãn.
Lại có: ${{d}_{2}}+{{d}_{1}}>15\lambda $ (tổng hai cạnh bất kì của một tam giác luôn lớn hơn cạnh còn lại)
$\Leftrightarrow \dfrac{225}{k}\lambda >15\lambda \Rightarrow k<15$
Lập bảng tìm các giá trị của k thỏa mãn:
Để gần B nhất thì ${{\left( {{d}_{2}}+{{d}_{1}} \right)}_{\min }}\Leftrightarrow {{\left( \dfrac{225}{k}\lambda \right)}_{\min }}\Leftrightarrow {{k}_{\max }}=9$
$\Rightarrow \left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{d}_{2}}-{{d}_{1}}=9\lambda \\
{{d}_{2}}+{{d}_{1}}=\dfrac{225}{9}\lambda \\
\end{array}\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{d}_{2}}=17\lambda \\
{{d}_{1}}=8\lambda =8.2=16~\text{cm} \\
\end{array} \right. \right.$
+ Bước sóng: $\lambda =\dfrac{v}{f}$
+ Điều kiện có cực đại giao thoa: ${{d}_{2}}-{{d}_{1}}=k\lambda ;k\in Z$
Cách giải:
Phương trình dao động của hai nguồn:
${{u}_{A}}={{u}_{B}}=5\cos \left( 20\pi t+\dfrac{3\pi }{4} \right)(\text{cm};s)$
Tốc độ truyền sóng: $v=0,2~\text{m}/\text{s}$
Bước sóng: $\lambda =\dfrac{v}{f}=2(~\text{cm})$
Bài cho $AB=30~\text{cm}\Rightarrow \text{AB}=15\lambda $
Áp dụng định lí Pitago trong tam giác vuông ABC ta có: $A{{C}^{2}}=A{{B}^{2}}+B{{C}^{2}}\Rightarrow A{{B}^{2}}=A{{C}^{2}}-B{{C}^{2}}$
Mà: $\left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{d}_{1}}=AC \\
{{d}_{2}}=CB \\
\end{array}\Rightarrow d_{2}^{2}-d_{1}^{2}={{(15\lambda )}^{2}}\Leftrightarrow \left( {{d}_{2}}-{{d}_{1}} \right)\left( {{d}_{2}}+{{d}_{1}} \right)={{(15\lambda )}^{2}} \right.$
Mặt khác: ${{d}_{2}}-{{d}_{1}}=k\lambda \left( 2 \right)$ (cực đại)
Từ (1) và (2) $\Rightarrow {{d}_{2}}+{{d}_{1}}=\dfrac{225}{k}\lambda $
Để cực đại cùng pha thì k và $\dfrac{225}{k}$ hoặc cùng chẵn hoặc cùng lẻ, ở đây chỉ có k lẻ thỏa mãn.
Lại có: ${{d}_{2}}+{{d}_{1}}>15\lambda $ (tổng hai cạnh bất kì của một tam giác luôn lớn hơn cạnh còn lại)
$\Leftrightarrow \dfrac{225}{k}\lambda >15\lambda \Rightarrow k<15$
Lập bảng tìm các giá trị của k thỏa mãn:
| k | 1 | 3 | 5 | 9 |
| $\dfrac{225}{k}$ | 225 | 75 | 45 | 25 |
$\Rightarrow \left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{d}_{2}}-{{d}_{1}}=9\lambda \\
{{d}_{2}}+{{d}_{1}}=\dfrac{225}{9}\lambda \\
\end{array}\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{d}_{2}}=17\lambda \\
{{d}_{1}}=8\lambda =8.2=16~\text{cm} \\
\end{array} \right. \right.$
Đáp án D.