Номер 1, страница 135 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 32. Виды колебаний. Темы докладов - номер 1, страница 135.

Условие.

1. Применение маятниковых систем в технике.

Решение.

1. Применение маятниковых систем в технике.

Маятниковые системы, основанные на явлении периодических колебаний тела под действием силы тяжести или силы упругости, находят широкое применение в различных областях техники благодаря свойству изохронности (постоянству периода колебаний при малых амплитудах). Основные принципы работы маятника описываются его периодом, который для математического маятника (идеализированной модели) определяется формулой:

$T = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}}$

где T – период колебаний, L – длина подвеса, g – ускорение свободного падения. Эта зависимость лежит в основе многих технических устройств.

Измерение времени

Классическим и наиболее известным примером являются маятниковые часы. В них маятник выполняет роль регулятора хода. Благодаря постоянству периода его колебаний, он обеспечивает равномерное движение часового механизма. Каждое полное колебание маятника позволяет анкерному механизму повернуть зубчатое колесо на один шаг, что и приводит в движение стрелки.

Измерительные приборы

Гравиметры: Поскольку период колебаний маятника зависит от ускорения свободного падения g, точное измерение периода позволяет определять локальные значения g. Это используется в геофизике для поиска полезных ископаемых (гравиразведка) и изучения гравитационного поля Земли.

Сейсмографы: Для регистрации землетрясений используются приборы, в которых массивный маятник благодаря своей инерции стремится сохранить состояние покоя, в то время как опора прибора колеблется вместе с земной корой. Записывая относительное смещение маятника, получают сейсмограмму.

Метрономы: Механический метроном представляет собой перевернутый физический маятник с подвижным грузом. Изменяя положение груза на стержне, можно регулировать период колебаний и, соответственно, задавать нужный музыкальный темп.

Маятник Фуко: Является техническим устройством, наглядно доказывающим вращение Земли. Плоскость качания такого маятника медленно поворачивается относительно поверхности Земли, что является следствием силы Кориолиса.

Строительство и инженерия

Динамические гасители колебаний (Tuned Mass Dampers, TMD): Это массивные маятниковые системы, устанавливаемые в высотных зданиях (например, в небоскребе Тайбэй 101), на мостах и других высоких сооружениях. Собственная частота колебаний такого маятника настраивается на резонансную частоту здания. При воздействии ветра или сейсмической активности здание начинает раскачиваться, а маятник, колеблясь в противофазе, поглощает энергию колебаний и стабилизирует конструкцию, предотвращая ее разрушение.

Транспорт

Наклоняемые поезда (tilting trains, например, "Пендолино"): В таких поездах используется маятниковый механизм для наклона кузовов вагонов при прохождении поворотов. Это позволяет компенсировать действие центробежной силы на пассажиров, повышая их комфорт и давая возможность поезду проходить повороты на более высокой скорости.

Другие области

К прочим применениям относятся шар-баба (стенобитное орудие) для разрушения зданий, использующая кинетическую энергию раскачивающегося массивного груза, и инерциальные навигационные системы, где для определения вертикали используется принцип так называемого маятника Шулера (период колебаний 84,4 минуты), что позволяет системе быть нечувствительной к ускорениям объекта (самолета, корабля) и точно определять его ориентацию в пространстве.

Ответ: Маятниковые системы применяются в технике для измерения времени (часы), в измерительных приборах (гравиметры, сейсмографы, метрономы), в строительстве для гашения колебаний высотных зданий (динамические гасители), на транспорте (наклоняемые поезда), а также в инерциальных навигационных системах и для разрушения конструкций (шар-баба).