Номер 4, страница 175 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 4. Механические колебания и волны. Параграф 21. Механические колебания - номер 4, страница 175.

Условие.

4. Объясните, какие колебания называют свободными.

Решение.

Свободными колебаниями называют колебания, которые совершает система под действием своих внутренних сил после того, как она была выведена из положения устойчивого равновесия. После первоначального толчка на систему не действуют внешние периодические силы, которые бы поддерживали колебания.

Главное условие для возникновения свободных колебаний — наличие у системы положения устойчивого равновесия и возвращающей силы, которая при отклонении от этого положения стремится вернуть систему обратно. Из-за инерции система не останавливается в положении равновесия, а проскакивает его, и процесс повторяется.

Важной характеристикой свободных колебаний является их собственная частота. Это частота, с которой система колеблется, будучи предоставленной самой себе. Она зависит только от внутренних свойств системы. Например, для пружинного маятника собственная циклическая частота $ \omega_0 $ определяется его жесткостью $ k $ и массой $ m $ по формуле $ \omega_0 = \sqrt{\frac{k}{m}} $. Для математического маятника собственная частота зависит от длины нити $ l $ и ускорения свободного падения $ g $: $ \omega_0 = \sqrt{\frac{g}{l}} $.

В реальном мире свободные колебания всегда являются затухающими. Это означает, что их амплитуда постепенно уменьшается до нуля из-за потерь энергии на трение или сопротивление среды. Идеальные незатухающие свободные колебания возможны только в теоретических моделях, где диссипативные силы отсутствуют.

Примерами систем, совершающих свободные колебания, могут служить: качели, которые качнули и отпустили; струна гитары после щипка; груз на пружине, который оттянули и отпустили.

Ответ: Свободные колебания — это колебания, которые происходят в системе под действием только внутренних сил после того, как система была выведена из состояния устойчивого равновесия. Они характеризуются собственной частотой, зависящей от параметров системы, и в реальных условиях являются затухающими из-за потерь энергии.