Номер 3, страница 219, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 6. Механические колебания и волны. Параграф 53. Гармонические колебания. Вопросы и задания - номер 3, страница 219.

Условие.

3. Изменится ли период колебаний математического маятника, если его из воздуха перенести в воду или масло?

Решение.

Решение

Да, период колебаний математического маятника изменится, если его из воздуха перенести в воду или масло. Период увеличится. Это происходит по двум основным причинам:

1. Действие выталкивающей силы (силы Архимеда). На груз маятника, погруженный в жидкость (воду или масло), действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Эта сила частично компенсирует силу тяжести, что приводит к уменьшению равнодействующей силы, возвращающей маятник в положение равновесия. Это эквивалентно уменьшению эффективного ускорения свободного падения $g_{эфф}$. Период колебаний идеального математического маятника в вакууме (или с достаточной точностью в воздухе) определяется формулой Гюйгенса: $T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$, где $\text{l}$ — длина маятника, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения. При погружении в жидкость эффективное ускорение становится $g_{эфф} < g$, и период будет равен $T_{жидк} = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g_{эфф}}}$. Поскольку знаменатель под корнем уменьшается, значение периода $T_{жидк}$ увеличивается.

2. Сила сопротивления среды. Вода и, в особенности, масло обладают значительно большей вязкостью, чем воздух. Поэтому при движении маятника в жидкости на него действует значительная сила сопротивления, направленная против скорости его движения. Эта сила тормозит движение маятника, вызывая затухание колебаний. Колебания становятся затухающими, и их период также увеличивается по сравнению с периодом незатухающих колебаний. В очень вязкой среде (например, в густом масле) колебания могут и вовсе не возникнуть — маятник плавно вернется в положение равновесия (апериодическое движение).

Таким образом, оба фактора — и выталкивающая сила, и сила сопротивления среды — приводят к увеличению периода колебаний маятника при его перемещении из воздуха в воду или масло.

Ответ: Да, период колебаний математического маятника изменится. Он увеличится, так как в жидкости на маятник действует выталкивающая сила и сила сопротивления среды, которые замедляют его движение.