Номер 2, страница 104 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 25. Автоколебания. Глава 4. Электромагнитные колебания - номер 2, страница 104.

Условие.

2. В чём отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?

Решение.

Решение 2.

Для понимания различий между автоколебаниями, вынужденными и свободными колебаниями, необходимо рассмотреть определение и ключевые свойства каждого из этих процессов.

Свободные колебания

Это колебания, которые совершает система около своего положения устойчивого равновесия после того, как она была выведена из этого положения и предоставлена самой себе. Они происходят под действием только внутренних сил системы (например, силы упругости или силы тяжести). Ключевые характеристики свободных колебаний: источником энергии служит первоначальный запас энергии, сообщенный системе; в реальных системах они всегда являются затухающими из-за сил трения или сопротивления среды; колебания происходят на собственной частоте системы ($ \omega_0 $), которая определяется ее физическими параметрами (массой, жесткостью, размерами и т.д.).

Вынужденные колебания

Это колебания, которые возникают в системе под действием внешней, периодически изменяющейся силы (вынуждающей силы). Ключевые характеристики вынужденных колебаний: источником энергии является внешний периодический источник, который непрерывно поставляет энергию в систему; колебания являются незатухающими (с постоянной амплитудой в установившемся режиме), так как потери энергии восполняются; частота колебаний ($ \omega $) равна частоте вынуждающей силы, а не собственной частоте системы.

Автоколебания

Это незатухающие колебания, которые поддерживаются в системе за счет энергии от постоянного, непериодического источника, причем поступление энергии в систему регулируется самой системой. Ключевые характеристики автоколебаний: источником энергии служит постоянный (непериодический) источник, а система сама управляет поступлением энергии с помощью механизма обратной связи; колебания являются незатухающими; частота и амплитуда определяются внутренними свойствами самой системы, а не внешним воздействием. Примерами являются работа часов с маятником, колебания струны под действием смычка, биение сердца.

Ключевые отличия автоколебаний от свободных и вынужденных

Исходя из определений, можно выделить главные отличия.
Отличие от свободных колебаний: автоколебания являются незатухающими, в то время как реальные свободные колебания всегда затухают. Это происходит потому, что в автоколебательной системе есть источник энергии и механизм, который компенсирует ее потери, а свободные колебания расходуют свой первоначальный энергетический запас.
Отличие от вынужденных колебаний: характер (частота, амплитуда) автоколебаний определяется внутренними свойствами самой системы. В случае же вынужденных колебаний система пассивно откликается на внешнее воздействие, и ее частота определяется частотой внешней силы. Кроме того, для автоколебаний источник энергии является постоянным (непериодическим), а система сама регулирует его использование, тогда как для вынужденных колебаний источник энергии сам является периодическим.

Ответ: Главное отличие автоколебаний от свободных заключается в том, что автоколебания являются незатухающими благодаря наличию в системе источника энергии и механизма обратной связи, компенсирующего энергетические потери, в то время как свободные колебания всегда затухают. Отличие от вынужденных колебаний состоит в том, что частота и амплитуда автоколебаний определяются свойствами самой системы, а не параметрами внешнего воздействия. Система для автоколебаний сама управляет подводом энергии от непериодического источника, тогда как при вынужденных колебаниях система колеблется с частотой внешнего периодического источника энергии.