Номер 1, страница 100 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава III. Механические колебания и волны. Параграф 20. Вынужденные колебания. Резонанс - номер 1, страница 100.

Условие.

1. Почему свободные колебания всегда затухают?

Решение.

1. Свободные колебания — это колебания, которые система совершает под действием своих внутренних сил после того, как её вывели из положения равновесия. В идеальной физической модели, где отсутствуют силы трения и сопротивления, свободные колебания продолжались бы бесконечно, так как полная механическая энергия системы оставалась бы неизменной.

Однако в реальном мире любая колебательная система не является изолированной и взаимодействует с окружающей средой. Из-за этого на неё всегда действуют диссипативные силы (силы сопротивления), которые приводят к затуханию колебаний. Основные причины этого:

1. Трение. Присутствует практически всегда. Например, это сопротивление воздуха для колеблющегося маятника, трение в точке подвеса, внутреннее трение в материале пружины при её деформациях.

2. Сопротивление среды. Любое тело, движущееся в газе или жидкости, испытывает силу сопротивления, которая тормозит его движение. Эта сила зависит от скорости тела, его формы и свойств среды.

3. Излучение энергии. Колеблющаяся система может терять энергию, излучая волны. Например, колеблющаяся струна создаёт звуковые волны, которые уносят часть её энергии.

Все эти силы сопротивления совершают отрицательную работу, то есть их действие направлено против движения. В результате полная механическая энергия системы ($W = E_k + E_p$), которая является суммой кинетической и потенциальной энергий, не сохраняется, а постепенно уменьшается. В соответствии с законом сохранения энергии, эта механическая энергия не исчезает, а преобразуется в другие виды, преимущественно во внутреннюю (тепловую) энергию самой системы и окружающей среды.

Поскольку амплитуда колебаний напрямую связана с энергией системы, уменьшение энергии приводит к постепенному уменьшению амплитуды. В конце концов, вся механическая энергия переходит в тепло, и колебания прекращаются.

Ответ: Свободные колебания всегда затухают из-за неизбежного наличия в любой реальной системе сил сопротивления (трения, сопротивления среды). Эти силы совершают отрицательную работу, в результате чего механическая энергия колебательной системы постепенно преобразуется в другие виды энергии (в основном в тепловую), что приводит к уменьшению амплитуды колебаний до их полного прекращения.