Номер 1, страница 27 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Вынужденные колебания под внешним воздействием могут совершать даже тела, которые не являются колебательными системами. Рассмотрите рисунки 3.4 (а, б, в, г) и расскажите, какие вынужденные колебания происходят на них. Назовите вынуждающую силу в каждом случае. Приведите еще несколько примеров вынужденных колебаний.

Вынужденные колебания — это колебания, которые происходят в системе под действием внешней, периодически изменяющейся силы, называемой вынуждающей. В отличие от свободных колебаний, которые постепенно затухают, вынужденные колебания могут продолжаться неограниченно долго, пока действует эта внешняя сила. Частота вынужденных колебаний всегда равна частоте вынуждающей силы. Рассмотрим примеры, представленные на рисунках.

а) На изображении представлен двигатель внутреннего сгорания. Вынужденные колебания совершает поршень, который движется вверх и вниз в цилиндре двигателя. Это движение является возвратно-поступательным и происходит с определенной периодичностью, зависящей от скорости вращения коленчатого вала. Вынуждающей силой, заставляющей поршень двигаться, является сила давления расширяющихся газов, которые образуются в результате сгорания (микровзрыва) топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Это давление периодически толкает поршень вниз.

Ответ: Вынуждающая сила — это периодически возникающая сила давления газов от сгорания топлива.

б) На изображении показан механизм швейной машины. Вынужденные колебания совершает игла, которая движется с большой частотой вверх и вниз, прокалывая ткань. Это движение необходимо для формирования шва. Вынуждающая сила создается электродвигателем машины. Вращательное движение вала двигателя через систему кривошипно-шатунного механизма преобразуется в периодическое возвратно-поступательное движение игловодителя, к которому прикреплена игла.

Ответ: Вынуждающая сила — это сила, передаваемая от двигателя швейной машины через механическую систему привода.

в) На изображении человек накачивает шину велосипеда с помощью ручного насоса. Вынужденные колебания совершает поршень внутри насоса, который перемещается вверх и вниз вместе с рукояткой. Это движение не является гармоническим, но оно периодическое и вызвано внешним воздействием. Вынуждающей силой в этом случае является мускульная сила руки человека, которая периодически прикладывается к рукоятке насоса, заставляя поршень двигаться.

Ответ: Вынуждающая сила — это периодически прикладываемая мускульная сила руки человека.

г) На изображении показан корабль, движущийся по морю. Корпус корабля совершает вынужденные колебания под воздействием волн — качку. Качка может быть бортовой (колебания из стороны в сторону) и килевой (колебания носа и кормы вверх-вниз). Эти колебания вызваны периодическим изменением уровня воды вдоль корпуса судна. Вынуждающей силой является изменяющаяся со временем и в пространстве сила Архимеда (выталкивающая сила), которая зависит от того, какая часть корпуса в данный момент находится на гребне или во впадине волны.

Ответ: Вынуждающая сила — это периодически изменяющаяся выталкивающая сила воды (сила Архимеда), действующая на корпус корабля из-за волн.

Другие примеры вынужденных колебаний:
• Колебания качелей, которые периодически подталкивает взрослый. Вынуждающая сила — сила толчка.
• Колебания струны гитары под действием электромагнитного звукоснимателя в электрогитаре, если включен эффект обратной связи (feedback). Вынуждающая сила — переменное магнитное поле.
• Вибрация мембраны динамика (громкоговорителя). Вынуждающая сила — переменная сила со стороны электромагнита, на который подается переменный ток звуковой частоты.
• Колебания моста, когда по нему марширует отряд солдат в ногу. Вынуждающая сила — периодическая сила, с которой солдаты давят на мост.
• Вибрация корпуса мобильного телефона. Вынуждающая сила создается вращением небольшого электродвигателя с эксцентриком (смещенным центром масс).