Номер 35.2, страница 129 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 35. Колебания. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 35.2, страница 129.

35.2 [851] Будут ли возможны колебания шарика, закреплённого на пружине, если вся система окажется в состоянии невесомости?

Решение

Для возникновения колебаний необходимо наличие возвращающей силы — силы, которая при отклонении тела от положения равновесия стремится вернуть его обратно. В системе «шарик-пружина» такой силой является сила упругости. Согласно закону Гука, она зависит только от свойств пружины (жесткости $k$) и величины ее деформации $x$: $F_{упр} = -kx$.

Сила тяжести влияет лишь на положение равновесия системы. На Земле при вертикальном расположении пружины сила тяжести $mg$ растягивает ее, и шарик колеблется вокруг этого нового, смещенного положения равновесия. При горизонтальном расположении на гладкой поверхности сила тяжести скомпенсирована силой реакции опоры и не влияет на колебания вдоль горизонтальной оси.

В состоянии невесомости сила тяжести отсутствует ($g \approx 0$). Это значит, что на пружину не действует никакая постоянная сила, которая могла бы ее деформировать в состоянии покоя. Следовательно, положение равновесия шарика будет соответствовать естественной, недеформированной длине пружины.

Однако главные факторы, обуславливающие колебания — масса шарика $m$ (мера его инертности) и жесткость пружины $k$ (создающая возвращающую силу) — в невесомости не изменяются. Если сместить шарик из положения равновесия (растянув или сжав пружину) и отпустить, то под действием силы упругости он начнет совершать гармонические колебания. Период этих колебаний, как и в любом случае, когда сила тяжести не играет роли (например, для горизонтального маятника), будет определяться формулой $T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}$.

Таким образом, колебания не только возможны, но и будут происходить по тем же физическим законам, что и на Земле, только вокруг другого положения равновесия.

Ответ: Да, колебания будут возможны. Наличие силы упругости пружины и инертности шарика являются достаточными условиями для возникновения колебаний. Отсутствие силы тяжести (невесомость) лишь приведет к тому, что положение равновесия, вокруг которого будут происходить колебания, будет соответствовать недеформированному состоянию пружины.