Теоретическое исследование, страница 64 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 2. Механические колебания и волны. Параграф 9. Механические волны. Вопросы - страница 64.

Условие.

Теоретическое исследование

На рис. 59 и 60 изображены волны, бегущие вдоль шнура.

Рис. 59

Рис. 60

а) Скорость движения каких точек (см. рис. 59) равна нулю; направлена вверх; направлена вниз?

б) Укажите направление равнодействующих сил, приложенных к участкам шнура в точках A, B, C (см. рис. 60). Силой тяжести пренебречь.

Решение.

а) Для определения направления скорости движения точек шнура представим себе положение волны в следующий, очень близкий момент времени. Так как волна движется вправо (согласно вектору скорости $ \vec{v} $ на рис. 59), весь профиль волны сместится немного вправо.
Точки A и C находятся в положениях максимального смещения от положения равновесия (гребень и впадина). В этих точках происходит смена направления вертикального движения, поэтому их мгновенная скорость равна нулю.
Точки N и M находятся на склонах волны, которые при движении волны вправо будут подниматься. Частицы шнура в этих точках движутся за ведущим их участком волны. Точка N находится на переднем фронте гребня A, который приближается к ней, поэтому точка N движется вверх. Точка M находится на заднем фронте впадины C; этот участок шнура уже прошел самую нижнюю точку и движется вверх к положению равновесия. Следовательно, скорости точек N и M направлены вверх.
Точка B находится на заднем фронте гребня A. Этот участок шнура уже прошел максимальное смещение вверх и теперь движется вниз. Следовательно, скорость точки B направлена вниз.
Ответ: Скорость равна нулю в точках A и C. Скорость направлена вверх в точках N и M. Скорость направлена вниз в точке B.

б) Равнодействующая сила, приложенная к небольшому участку шнура, сообщает ему ускорение ($ \vec{F}_{рез} = m\vec{a} $). В поперечной волне эта сила является возвращающей, то есть она всегда направлена к положению равновесия (к прямой, вдоль которой лежал бы невозмущенный шнур). Направление ускорения, а следовательно и равнодействующей силы, противоположно направлению смещения участка от положения равновесия.
В точке A (рис. 60) шнур смещен максимально вверх от положения равновесия. Следовательно, равнодействующая сила направлена к положению равновесия, то есть вниз.
В точке B шнур смещен максимально вниз от положения равновесия. Следовательно, равнодействующая сила направлена к положению равновесия, то есть вверх.
В точке C шнур смещен вверх от положения равновесия. Следовательно, равнодействующая сила, действующая на этот участок, также направлена к положению равновесия, то есть вниз.
Ответ: В точке A равнодействующая сила направлена вниз; в точке B — вверх; в точке C — вниз.