Номер 109, страница 300 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 109, страница 300.

Условие.

109. На рисунке 10 изображена цепь, содержащая источник тока, пружину и чашу со ртутью. Почему после замыкания ключа пружина начинает совершать незатухающие колебания?

Рис. 10

Решение.

Решение

Данное устройство представляет собой пример автоколебательной системы, известной как молоточек Вагнера. Принцип его работы заключается в следующем:

1. Когда ключ замыкается, электрическая цепь становится замкнутой, поскольку нижний конец пружины погружен в токопроводящую жидкость — ртуть. По пружине, которая по сути является катушкой индуктивности (соленоидом), начинает течь электрический ток.

2. Протекающий по виткам пружины ток создает вокруг нее магнитное поле. Поскольку ток во всех соседних витках течет в одном направлении, между ними возникают силы магнитного притяжения (силы Ампера). Эти силы заставляют пружину сжиматься.

3. В результате сжатия пружины ее нижний конец поднимается и выходит из ртути. Электрическая цепь размыкается.

4. Как только цепь размыкается, ток в пружине прекращается, и созданное им магнитное поле исчезает. Силы притяжения между витками пропадают.

5. Под действием силы упругости пружина разжимается, и ее конец снова опускается в ртуть, замыкая электрическую цепь.

6. Процесс повторяется циклически, что приводит к возникновению механических колебаний пружины.

Эти колебания являются незатухающими, так как потери энергии в системе (на сопротивление воздуха, нагрев проводников и т.д.) на каждом цикле восполняются за счет энергии источника тока. Источник тока периодически "подталкивает" систему, поддерживая постоянную амплитуду колебаний.

Ответ: После замыкания ключа по пружине начинает течь ток, превращая ее в электромагнит. Витки пружины притягиваются друг к другу, пружина сжимается и ее конец выходит из ртути, размыкая цепь. Ток исчезает, и пружина под действием силы упругости разжимается, снова касаясь ртути. Этот циклический процесс, поддерживаемый энергией источника тока, и представляет собой незатухающие колебания.