Номер ?2, 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. Вопросы для обсуждения - номер ?2, страница 253.

Условие.

Изменится ли период колебаний пружинного маятника, если его перенести из воздуха в воду?

Решение.

Да, период колебаний пружинного маятника изменится, а именно — увеличится.

В идеальных условиях (в вакууме) период колебаний пружинного маятника определяется формулой:

$T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$

где $\text{m}$ — масса колеблющегося тела, а $\text{k}$ — жесткость пружины. Сами по себе масса тела и жесткость пружины не меняются при переносе маятника из одной среды в другую.

Однако при переносе маятника из воздуха в воду, которая является гораздо более плотной средой, проявляются два существенных эффекта, влияющих на период колебаний:

1. Сила сопротивления среды (демпфирование). Вода оказывает на движущееся тело значительное сопротивление, которое замедляет колебания. Такие колебания называются затухающими. Период затухающих колебаний всегда больше периода свободных колебаний (колебаний без сопротивления). Поскольку сопротивление воды намного больше сопротивления воздуха, этот эффект приведёт к увеличению периода.

2. Присоединенная масса. Колеблющееся в жидкости тело увлекает за собой некоторый объем этой жидкости, как бы увеличивая свою инертную массу. Эта дополнительная масса называется "присоединенной массой". Таким образом, эффективная масса колеблющейся системы ($m_{эфф} = m_{тела} + m_{присоединенная}$) становится больше. Согласно формуле, увеличение массы ведет к увеличению периода колебаний ($T \sim \sqrt{m_{эфф}}$).

Оба этих фактора — и увеличение сопротивления, и увеличение эффективной массы — приводят к увеличению периода колебаний.

Ответ: Да, изменится. Период колебаний пружинного маятника увеличится, так как на него будут действовать значительная сила сопротивления воды и эффект присоединенной массы, которые увеличивают период.