Номер 3, страница 125 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 29. Механические колебания. Вопросы - номер 3, страница 125.

Условие.

3. Какая сила заставляет опускаться нитяной маятник после того, как он был выведен из положения равновесия? Почему он не останавливается в положении равновесия?

Решение.

3. Какая сила заставляет опускаться нитяной маятник после того, как он был выведен из положения равновесия? Почему он не останавливается в положении равновесия?

На нитяной маятник, выведенный из положения равновесия, действуют две силы: сила тяжести ($m\vec{g}$), направленная вертикально вниз, и сила натяжения нити ($\vec{T}$), направленная вдоль нити к точке подвеса.

Сила, которая заставляет маятник двигаться к положению равновесия (опускаться), является равнодействующей этих двух сил. Удобнее разложить силу тяжести на две составляющие: одну, направленную вдоль нити ($m\vec{g}_{\parallel}$), и другую, перпендикулярную нити и направленную по касательной к траектории движения ($m\vec{g}_{\perp}$). Составляющая вдоль нити уравновешивается силой натяжения, а касательная составляющая является возвращающей силой. Именно она сообщает маятнику ускорение в направлении положения равновесия. Ее модуль равен $F_{возвр} = mg \sin\alpha$, где $\alpha$ — это угол отклонения маятника от вертикали.

Маятник не останавливается в положении равновесия из-за инерции. Когда маятник движется к самой нижней точке своей траектории, его потенциальная энергия переходит в кинетическую. В положении равновесия вся потенциальная энергия (относительно этого уровня) перешла в кинетическую, и скорость маятника достигает своего максимального значения. Согласно первому закону Ньютона, тело стремится сохранить состояние своего движения. Поэтому, обладая максимальной скоростью, тело маятника по инерции проходит положение равновесия и начинает подниматься, замедляя свое движение, пока его скорость не станет равной нулю в крайней точке с другой стороны.

Ответ: Маятник заставляет опускаться к положению равновесия касательная составляющая силы тяжести. В положении равновесия он не останавливается из-за инерции: в этой точке его скорость максимальна, и он продолжает движение.