Номер 5, страница 170 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Физика, 10 класс Учебник, автор: Касьянов Валерий Алексеевич, издательство Просвещение, Москва, 2021, белого цвета

Авторы: Касьянов В. А.

Тип: Учебник

Издательство: Просвещение

Год издания: 2021 - 2025

Уровень обучения: углублённый

Цвет обложки: белый самолет и молнии изображены

ISBN: 978-5-09-103621-3

Популярные ГДЗ в 10 классе

Вопросы. Параграф 37. Колебательная система под действием внешних сил, не зависящих от времени. 5. Динамика периодического движения. Механика - номер 5, страница 170.

№5 (с. 170)
Условие. №5 (с. 170)
скриншот условия
Физика, 10 класс Учебник, автор: Касьянов Валерий Алексеевич, издательство Просвещение, Москва, 2021, белого цвета, страница 170, номер 5, Условие

5. Что такое статическое смещение? Изменяются ли характеристики свободных колебаний при наличии статического смещения?

Решение. №5 (с. 170)

Что такое статическое смещение?

Статическое смещение — это смещение положения равновесия колебательной системы под действием постоянной внешней силы (например, силы тяжести). Если на систему, способную совершать колебания (например, груз на пружине), действует постоянная сила, то ее положение равновесия сдвигается. Новые колебания, если их возбудить, будут происходить уже вокруг этого нового, смещенного положения равновесия.

Например, для груза массой $m$, подвешенного на пружине жесткостью $k$, сила тяжести $F_g = mg$ вызывает растяжение пружины до тех пор, пока сила упругости $F_{упр}$ не уравновесит ее. Смещение $x_{ст}$, при котором $mg = kx_{ст}$, и называется статическим смещением. Оно равно $x_{ст} = \frac{mg}{k}$.

Ответ: Статическое смещение — это смещение положения равновесия системы, вызванное действием постоянной внешней силы. Колебания происходят вокруг этого нового положения равновесия.

Изменяются ли характеристики свободных колебаний при наличии статического смещения?

Нет, основные характеристики свободных колебаний, такие как период и собственная частота, не изменяются. Они определяются только внутренними параметрами системы (такими как масса и жесткость) и не зависят от постоянной внешней силы, вызывающей статическое смещение.

Решение

Рассмотрим движение вертикального пружинного маятника. Пусть ось $x$ направлена вертикально вниз, а начало отсчета ($x=0$) соответствует положению конца пружины в недеформированном состоянии.

При подвешивании груза массой $m$ пружина растягивается, и система приходит в новое положение равновесия $x_{ст}$, определяемое условием равенства сил:

$mg = kx_{ст}$

Если сместить груз из этого нового положения равновесия на малую величину $x'$, то его полная координата станет $x = x_{ст} + x'$.

Запишем второй закон Ньютона для движения груза:

$ma = \sum F$

$m\ddot{x} = mg - F_{упр} = mg - kx$

Подставим в уравнение выражение для координаты $x = x_{ст} + x'$:

$m\frac{d^2(x_{ст} + x')}{dt^2} = mg - k(x_{ст} + x')$

Поскольку статическое смещение $x_{ст}$ является постоянной величиной, его вторая производная по времени равна нулю ($\ddot{x}_{ст} = 0$). Уравнение принимает вид:

$m\ddot{x'} = mg - kx_{ст} - kx'$

Из условия равновесия мы знаем, что $mg = kx_{ст}$. Заменим $mg$ в уравнении:

$m\ddot{x'} = kx_{ст} - kx_{ст} - kx'$

$m\ddot{x'} = -kx'$

Мы получили дифференциальное уравнение $\ddot{x'} + \frac{k}{m}x' = 0$, которое описывает гармонические колебания. Циклическая частота этих колебаний $\omega = \sqrt{\frac{k}{m}}$, а период $T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}$.

Как видно из полученных формул, ни частота, ни период колебаний не зависят от силы тяжести $mg$ или статического смещения $x_{ст}$. Они определяются только массой груза $m$ и жесткостью пружины $k$.

Ответ: Нет, основные характеристики свободных колебаний (период, частота) не изменяются. Изменяется только положение равновесия, вокруг которого происходят колебания.

Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.

Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz

Присоединиться

Мы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения номер 5 расположенного на странице 170 к учебнику 2021 года издания для учащихся школ и гимназий.

Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №5 (с. 170), автора: Касьянов (Валерий Алексеевич), ФГОС (старый) углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.