Номер 4, страница 213 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 6. Механические колебания и волны. Параграф 33. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс - номер 4, страница 213.

Условие.

4. Какую силу называют вынуждающей силой?

Решение.

Вынуждающей силой называют внешнюю силу, которая периодически изменяется со временем и действует на колебательную систему. Эта сила является причиной возникновения и поддержания вынужденных колебаний.

Основная роль вынуждающей силы состоит в том, чтобы непрерывно сообщать энергию колебательной системе. В реальных системах всегда присутствуют силы трения или сопротивления (силы затухания), которые приводят к потере энергии и, как следствие, к затуханию свободных колебаний. Вынуждающая сила компенсирует эти потери энергии, благодаря чему в системе устанавливаются незатухающие колебания с постоянной амплитудой.

Чаще всего вынуждающая сила изменяется по гармоническому закону, например, по закону косинуса или синуса: $F_{вын}(t) = F_0 \cos(\omega t)$, где $F_0$ – это амплитуда вынуждающей силы (её максимальное значение), а $\omega$ – это циклическая частота вынуждающей силы. Важно отметить, что частота установившихся вынужденных колебаний системы всегда равна частоте вынуждающей силы $\omega$, а не собственной частоте колебательной системы $\omega_0$.

Особый интерес представляет явление резонанса, которое наблюдается, когда частота вынуждающей силы $\omega$ приближается к собственной частоте колебаний системы $\omega_0$. В этом случае амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает, достигая своего максимального значения. Это явление имеет как полезные применения (например, в радиоприемниках для настройки на нужную станцию), так и разрушительные последствия (например, разрушение мостов под действием периодических ветровых нагрузок).

Примерами вынуждающей силы могут служить:
• периодические толчки, которые взрослый сообщает качелям, чтобы раскачать их;
• переменное напряжение в электрической цепи, вызывающее вынужденные колебания тока;
• сила давления газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, заставляющая поршень совершать периодические движения.

Ответ: Вынуждающая сила — это внешняя, периодически изменяющаяся сила, которая, действуя на колебательную систему, вызывает и поддерживает в ней незатухающие вынужденные колебания. Она компенсирует потери энергии в системе, вызванные силами сопротивления.