Номер 9, страница 253, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 6. Механические колебания и волны. Параграф 61. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 9, страница 253.

Условие.

• Применение маятниковых систем в технике.

Решение.

Маятниковые системы — это механические системы, совершающие колебания около положения равновесия. Благодаря свойству изохронности (независимости периода колебаний от амплитуды при малых углах отклонения) и предсказуемости движения, они нашли широкое применение в различных областях техники.

Маятниковые часы

Это одно из самых известных применений маятника. В механических часах маятник выполняет роль регулятора хода. Его периодические колебания с высокой степенью стабильности задают темп работы часового механизма. Период колебаний математического маятника зависит от его длины $\text{l}$ и ускорения свободного падения $\text{g}$, и определяется формулой: $T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$. Изменяя длину маятника, можно точно настроить ход часов. Анкерный механизм передает маятнику небольшие порции энергии для компенсации потерь на трение и одновременно считает его колебания, преобразуя их во вращение стрелок.

Ответ: В механических часах маятник используется в качестве эталона времени благодаря постоянству периода его колебаний.

Демпферы колебаний (инерционные демпферы)

В современной инженерии, особенно в строительстве высотных зданий и мостов, используются массивные маятниковые системы для гашения нежелательных колебаний, вызванных ветром или сейсмической активностью. Такой маятник (называемый инерционным демпфером) настраивается так, чтобы его собственная частота колебаний совпадала с резонансной частотой здания. Когда здание начинает раскачиваться, маятник по инерции начинает двигаться в противофазе, поглощая и рассеивая энергию колебаний, тем самым стабилизируя конструкцию. Ярким примером является 660-тонный маятник в небоскребе "Тайбэй 101".

Ответ: Массивные маятники применяются в высотных зданиях и сооружениях для гашения опасных вибраций, вызванных ветром или землетрясениями.

Сейсмографы

Для регистрации колебаний земной коры используются приборы — сейсмографы, в основе которых лежит принцип инерциального маятника. Массивное тело (маятник) подвешивается так, чтобы оно могло свободно колебаться. Благодаря своей инертности, при землетрясении, когда опора прибора движется вместе с землей, сам маятник стремится сохранить состояние покоя. Относительное смещение маятника и опоры регистрируется, что позволяет получить запись колебаний — сейсмограмму.

Ответ: В сейсмографах маятник используется для обнаружения и записи колебаний земной коры за счет своей инертности.

Гравиметры

Поскольку период колебаний маятника зависит от ускорения свободного падения $\text{g}$, его можно использовать для очень точных измерений этой величины. Приборы, называемые гравиметрами, позволяют измерять локальные изменения гравитационного поля Земли. Зная с высокой точностью длину маятника $\text{l}$ и измерив его период $\text{T}$, можно вычислить $\text{g}$ по формуле: $g = \frac{4\pi^2l}{T^2}$. Это находит применение в геофизике и разведке полезных ископаемых (например, залежи пород с разной плотностью создают гравитационные аномалии).

Ответ: Маятниковые системы применяются в гравиметрах для высокоточного измерения ускорения свободного падения и исследования гравитационного поля Земли.

Метрономы

Механический метроном — это, по сути, перевернутый физический маятник с подвижным грузом. Перемещая грузик вдоль стержня маятника, можно изменять его момент инерции и, как следствие, период колебаний. Это позволяет музыкантам устанавливать и поддерживать точный темп (количество ударов в минуту) при исполнении музыкальных произведений.

Ответ: В метрономах используется маятник с регулируемым периодом колебаний для задания музыкального темпа.

Маятник Фуко

Хотя это в первую очередь демонстрационный прибор, маятник Фуко является техническим устройством, наглядно доказывающим факт вращения Земли. Это длинный маятник, плоскость колебаний которого не меняет своей ориентации в инерциальной системе отсчета. Для наблюдателя на вращающейся Земле плоскость колебаний маятника медленно поворачивается, что и служит доказательством вращения планеты.

Ответ: Маятник Фуко — это техническое устройство, используемое для демонстрации суточного вращения Земли.