Номер 1, страница 169 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 41. Резонанс в акустике. Вспомните - номер 1, страница 169.

Условие.

Что такое свободные и вынужденные колебания?

Решение.

Колебания в физике делятся на два основных типа: свободные и вынужденные. Они различаются причиной возникновения, характером и частотой.

Свободные колебания

Свободные колебания (или собственные колебания) — это колебания, которые возникают в колебательной системе после того, как она выведена из состояния устойчивого равновесия и предоставлена самой себе. Такие колебания происходят под действием только внутренних сил системы (например, силы упругости или силы тяжести), возвращающих ее в положение равновесия.

Основные свойства свободных колебаний:

— Причина: Начальное отклонение или толчок, который сообщает системе первоначальный запас энергии. После этого внешние силы на систему не действуют.

— Частота: Колебания происходят на собственной (природной) частоте $\omega_0$, которая зависит исключительно от физических свойств самой системы. Например, для математического маятника собственная циклическая частота определяется его длиной $\text{L}$ и ускорением свободного падения $\text{g}$: $\omega_0 = \sqrt{g/L}$.

— Характер: В реальных условиях свободные колебания всегда являются затухающими. Из-за неизбежного наличия сил трения и сопротивления среды энергия системы постепенно расходуется (превращается в тепло), и амплитуда колебаний со временем уменьшается до полного прекращения.

Примеры: маятник, который отклонили и отпустили; колебания груза на пружине после его смещения; колебания струны гитары после щипка.

Ответ: Свободные колебания — это колебания, происходящие в системе под действием ее внутренних сил после однократного выведения из положения равновесия. Они всегда являются затухающими и происходят на собственной, присущей только этой системе, частоте.

Вынужденные колебания

Вынужденные колебания — это колебания, которые совершаются системой под воздействием внешней, периодически изменяющейся силы, называемой вынуждающей силой. Эта внешняя сила непрерывно поставляет энергию в систему, компенсируя ее потери на трение, и не дает колебаниям затухнуть.

Основные свойства вынужденных колебаний:

— Причина: Постоянное действие внешней периодической силы. Колебания прекращаются, как только эта сила перестает действовать.

— Частота: После короткого переходного процесса система начинает колебаться с частотой вынуждающей силы $\omega$, а не со своей собственной частотой $\omega_0$.

— Характер: Колебания являются незатухающими и могут продолжаться сколь угодно долго. Их амплитуда в установившемся режиме постоянна и зависит от амплитуды и частоты вынуждающей силы.

— Резонанс: Если частота вынуждающей силы $\omega$ приближается к собственной частоте системы $\omega_0$, амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Это явление называется резонансом.

Примеры: ребенок на качелях, которого периодически подталкивают в такт колебаниям; вибрация корпуса телефона при звонке; колебания поршня в двигателе внутреннего сгорания.

Ответ: Вынужденные колебания — это незатухающие колебания, происходящие в системе под действием внешней периодической силы. Они происходят на частоте этой внешней силы.