Номер 1, страница 132 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 24. Вынужденные электромагнитные колебания. Вопросы - номер 1, страница 132.

Условие.

1. Используя рис. 132, объясните, как в колебательной системе возникают вынужденные электромагнитные колебания?

Решение.

1. Решение

Вынужденные электромагнитные колебания в колебательной системе (колебательном контуре) возникают под действием внешней периодически изменяющейся электродвижущей силы (ЭДС). Эту силу создает внешний источник энергии, например, генератор переменного тока, который подключается к контуру. Предполагая, что на рис. 132 изображена именно такая схема, рассмотрим процесс подробнее.

1. Затухание свободных колебаний. В любом реальном колебательном контуре (например, RLC-контуре, состоящем из резистора, катушки и конденсатора) существуют потери энергии. Главным образом, энергия расходуется на нагрев проводников из-за их активного сопротивления $\text{R}$. Поэтому, если сообщить контуру начальную энергию (например, зарядив конденсатор) и оставить его в покое, возникшие свободные колебания будут затухающими — их амплитуда со временем уменьшится до нуля.

2. Внешняя вынуждающая сила. Чтобы поддерживать незатухающие колебания, необходимо непрерывно восполнять эти потери энергии. Для этого к контуру подключают внешний источник переменной ЭДС, который действует как вынуждающая сила. Такой источник (генератор) создает в цепи напряжение, изменяющееся по периодическому, обычно гармоническому, закону: $U(t) = U_{max} \cos(\omega t)$.

3. Установление вынужденных колебаний. Под действием этой внешней ЭДС в контуре устанавливаются вынужденные колебания. Внешний источник совершает работу, передавая контуру энергию, которая в точности компенсирует потери на сопротивлении за каждый период. В результате в цепи текут незатухающие колебания тока, а на элементах контура — незатухающие колебания напряжения.

4. Частота и амплитуда. Важно отметить, что частота установившихся вынужденных колебаний $\omega$ равна частоте вынуждающей ЭДС и не зависит от собственной частоты контура $\omega_0 = 1/\sqrt{LC}$. Амплитуда же вынужденных колебаний (например, амплитуда силы тока) зависит от соотношения частот $\omega$ и $\omega_0$. Она максимальна, когда частота вынуждающей силы приближается к собственной частоте системы (явление резонанса).

Таким образом, вынужденные электромагнитные колебания — это результат действия на колебательную систему внешней периодической ЭДС, которая компенсирует потери энергии и "навязывает" системе свою частоту колебаний.

Ответ: Вынужденные электромагнитные колебания в колебательной системе возникают при подключении к ней внешнего источника переменной электродвижущей силы (ЭДС). Этот источник непрерывно поставляет энергию в систему, компенсируя ее потери (например, на активном сопротивлении), и заставляет систему совершать колебания с частотой, равной частоте внешней ЭДС.