Номер 2, страница 34, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Какие колебания называются вынужденными?

2. Вынужденными колебаниями называют колебания, которые совершает система под действием внешней периодически изменяющейся силы. Эта сила называется вынуждающей силой.

В отличие от свободных (или собственных) колебаний, которые возникают после того, как система была выведена из положения равновесия и предоставлена самой себе, вынужденные колебания не затухают со временем даже при наличии трения. Это происходит потому, что вынуждающая сила постоянно сообщает колебательной системе энергию, восполняя потери, вызванные силами сопротивления (трением, сопротивлением воздуха и т.д.). Свободные же колебания в реальных системах всегда являются затухающими и со временем прекращаются.

Важнейшей особенностью вынужденных колебаний является то, что их частота ($ \omega $) в установившемся режиме всегда равна частоте вынуждающей силы ($ \omega_{вын} $), а не собственной частоте колебательной системы ($ \omega_0 $). В начальный момент времени после приложения внешней силы движение системы может быть сложным, представляя собой наложение собственных затухающих колебаний и установившихся вынужденных колебаний. Однако собственные колебания быстро затухают, и через некоторое время в системе остаются только вынужденные колебания с частотой вынуждающей силы.

Амплитуда установившихся вынужденных колебаний зависит от соотношения между частотой вынуждающей силы ($ \omega_{вын} $) и собственной частотой системы ($ \omega_0 $), а также от величины сил трения (демпфирования). Когда частота вынуждающей силы приближается к собственной частоте системы ($ \omega_{вын} \to \omega_0 $), амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Это явление называется резонансом. Резонанс играет огромную роль как в технике, так и в природе, и может быть как полезным (например, в музыкальных инструментах), так и разрушительным (например, разрушение мостов).

Примерами вынужденных колебаний служат:

• Колебания качелей, которые раскачивает человек, периодически их подталкивая.

• Вибрация корпуса телефона в режиме «виброзвонок», вызванная вращением маленького мотора с эксцентриком внутри.

• Колебания диффузора динамика под действием переменного электрического тока.

• Колебания иглы швейной машины, приводимой в движение электродвигателем.

• Колебания моста под действием порывов ветра или шагов идущих в ногу людей.

Ответ: Вынужденными колебаниями называются незатухающие колебания, которые происходят в системе под действием внешней, периодически изменяющейся силы. Частота таких колебаний равна частоте вынуждающей силы.