Номер 3, страница 104 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 25. Автоколебания. Глава 4. Электромагнитные колебания - номер 3, страница 104.

Условие.

Обсудите с одноклассниками, какие элементы маятниковых часов соответствуют элементам генератора на транзисторе.

Решение.

Решение 2.

Маятниковые часы и генератор на транзисторе являются примерами автоколебательных систем. Такие системы сами создают и поддерживают незатухающие колебания за счет энергии от постоянного источника. Поэтому, несмотря на разную физическую природу (механическую и электромагнитную), в их устройстве можно найти соответствия между основными элементами.

Колебательная система

В маятниковых часах колебательной системой является маятник. Именно он задает период колебаний, который зависит от его длины. Эти стабильные колебания определяют ход часов.

В генераторе на транзисторе эту роль выполняет колебательный контур, состоящий, как правило, из катушки индуктивности ($L$) и конденсатора ($C$). Собственная частота колебаний этого контура $f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$ определяет частоту генерируемого электрического сигнала.

Ответ: Маятнику в часах соответствует колебательный контур в генераторе.

Источник энергии

Для поддержания незатухающих колебаний маятника, на которые действуют силы трения и сопротивления воздуха, необходим постоянный приток энергии. В часах источником энергии служит поднятая гиря или заведенная пружина, обладающая запасом потенциальной энергии.

В электронном генераторе энергия для компенсации потерь в колебательном контуре (на его активном сопротивлении) поступает от источника постоянного тока (например, батарейки или блока питания).

Ответ: Источнику энергии (гире или пружине) в часах соответствует источник постоянного тока в генераторе.

Клапан (регулирующий элемент)

Чтобы колебания не затухали, энергия от источника должна поступать в колебательную систему небольшими порциями и в нужный момент времени. В маятниковых часах эту функцию выполняет анкерный механизм (спуск). Он работает как клапан, который под действием самого маятника порционно "отпускает" энергию от гири или пружины, передавая маятнику небольшой толчок.

В генераторе роль такого клапана, управляющего потоком энергии, играет транзистор. Он работает в ключевом режиме, открываясь и закрываясь в такт с колебаниями в контуре, и в нужные моменты подключает источник питания к контуру для восполнения потерь энергии.

Ответ: Анкерному механизму в часах соответствует транзистор в генераторе.

Обратная связь

Чтобы клапан срабатывал в нужный момент, он должен управляться самой колебательной системой. В часах эта связь осуществляется механически: маятник своим движением управляет работой анкерного механизма.

В генераторе для этого существует цепь обратной связи. Часть энергии из колебательного контура подается на управляющий электрод транзистора (базу или затвор), обеспечивая его своевременное открытие и закрытие. Таким образом, колебания в контуре сами управляют процессом поступления энергии для их поддержания.

Ответ: Механическому взаимодействию маятника с анкерным механизмом в часах соответствует электрическая цепь обратной связи в генераторе.