Номер 3, страница 253 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Динамика. Глава 3. Силы в механике. Параграф 3.13. Сила трения. Природа и виды сил трения - номер 3, страница 253.

Условие.

3. Когда по скрипичной струне равномерно ведут смычком, струна увлекается им и натягивается. Однако в некоторый момент времени она начинает ускоренно двигаться в направлении, обратном движению смычка. Почему это происходит?

Решение.

Решение

Это явление, лежащее в основе звукоизвлечения на смычковых инструментах, объясняется циклическим процессом "прилипания-скольжения" (stick-slip), который возникает из-за взаимодействия силы трения и силы упругости.

1. Фаза "прилипания" (stick). Когда смычок, покрытый канифолью для увеличения трения, начинает равномерно двигаться по струне, он за счет силы трения покоя увлекает струну за собой. Струна смещается из своего положения равновесия, и в ней начинает накапливаться упругая энергия.

2. Нарастание силы упругости. По мере того как струна смещается, в ней, в соответствии с законом Гука, растет сила упругости (возвращающая сила), которая стремится вернуть струну в исходное, равновесное положение. Эта сила $F_{упр}$ направлена в сторону, противоположную движению смычка, и ее величина прямо пропорциональна смещению струны.

3. Момент срыва. Сила трения покоя, удерживающая струну на смычке, не бесконечна и имеет некоторое максимальное значение $F_{тр.покоя.макс}$. В тот момент, когда смещение струны становится таким, что возвращающая сила упругости превышает это максимальное значение силы трения ($F_{упр} > F_{тр.покоя.макс}$), происходит срыв.

4. Фаза "скольжения" (slip). После срыва струна больше не удерживается смычком и под действием неуравновешенной силы упругости начинает ускоренно двигаться в обратном направлении – к своему положению равновесия. В этот момент на струну действует уже сила трения скольжения, которая, как правило, меньше максимальной силы трения покоя и не может воспрепятствовать обратному движению струны.

Этот цикл "прилипания" и "скольжения" повторяется с высокой частотой, заставляя струну колебаться и издавать звук.

Ответ: Струна начинает ускоренно двигаться в направлении, обратном движению смычка, потому что сила упругости, возникающая в струне по мере ее натяжения смычком, в определенный момент превосходит максимальную силу трения покоя между струной и смычком. В результате этого срыва доминирующей становится сила упругости, которая и сообщает струне ускорение в сторону положения равновесия.