Номер 3, страница 38 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Механические колебания и волны. Звук. Самостоятельные работы. СР-29. Колебательное движение. Свободные колебания. Вариант 2 - номер 3, страница 38.

Условие.

3. Если подвешенный на нити груз вывести из положения равновесия (рис. 55), оттянув его рукой в сторону, а затем отпустить, то он станет совершать колебания. Какие силы действуют на груз во время его колебаний? Куда направлена их равнодействующая? Сделайте поясняющий рисунок.

Рис. 55

Решение.

Какие силы действуют на груз во время его колебаний?

Во время колебаний на груз действуют две основные силы: сила тяжести $ \vec{F}_{тяж} $, направленная вертикально вниз к центру Земли, и сила натяжения нити $ \vec{T} $, направленная вдоль нити к точке подвеса. Также существует сила сопротивления воздуха, но в большинстве школьных задач её влиянием пренебрегают.

Ответ: На груз действуют сила тяжести и сила натяжения нити.

Куда направлена их равнодействующая?

Равнодействующая сила $ \vec{F}_{рез} $ является векторной суммой силы тяжести и силы натяжения нити: $ \vec{F}_{рез} = \vec{F}_{тяж} + \vec{T} $. Её направление постоянно изменяется в процессе колебаний. Равнодействующая сила всегда направлена в сторону вогнутости траектории, то есть внутрь дуги, по которой движется груз.

• В крайних точках траектории, где скорость груза равна нулю, равнодействующая сила направлена по касательной к траектории к положению равновесия.
• При прохождении положения равновесия (нижняя точка), равнодействующая сила максимальна и направлена вертикально вверх, к точке подвеса.
• В промежуточных точках она направлена внутрь траектории и имеет составляющую, направленную к положению равновесия (возвращающая сила), и составляющую, направленную к центру кривизны траектории (центростремительная сила).

Ответ: Равнодействующая сила направлена в сторону положения равновесия, внутрь кривизны траектории.

Сделайте поясняющий рисунок.

На рисунке показаны силы, действующие на груз в произвольный момент времени: $ \vec{T} $ — сила натяжения нити, $ m\vec{g} $ — сила тяжести. Равнодействующая сила $ \vec{F}_{рез} $ является их векторной суммой (показана зеленым цветом). Также показана возвращающая сила $ \vec{F}_{возвр} $, которая является тангенциальной (касательной) составляющей силы тяжести и направлена к положению равновесия.

Ответ: Поясняющий рисунок с указанием сил представлен выше.