Номер 3, страница 44 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Механические колебания и волны. Звук. Самостоятельные работы. СР-32. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Вариант 2 - номер 3, страница 44.

Условие.

3. На рисунке 68 приведены графики свободных колебаний. В каком случае график соответствует колебаниям, происходящим в воде, а в каком — в воздухе? Ответ поясните.

Рис. 68

Решение.

Решение

На представленных графиках изображены затухающие свободные колебания. Затухание колебаний — это процесс уменьшения их амплитуды с течением времени из-за потерь энергии. В данном случае причиной затухания является сила сопротивления среды (воды или воздуха), в которой движется колеблющееся тело.

Плотность и вязкость воды значительно больше плотности и вязкости воздуха. Поэтому сила сопротивления, которую оказывает вода на движущееся в ней тело, намного больше силы сопротивления воздуха при тех же условиях.

Чем больше сила сопротивления среды, тем быстрее система теряет энергию, и, следовательно, тем быстрее уменьшается амплитуда ее колебаний. В физике это описывается коэффициентом затухания $\beta$ в уравнении для амплитуды $A(t) = A_0 e^{-\beta t}$. Чем больше сопротивление, тем больше значение $\beta$, и тем быстрее кривая $A(t)$ стремится к нулю.

Проанализируем графики:

а) На этом графике мы видим очень быстрое уменьшение амплитуды. Уже через 3-4 полных колебания их размах становится незначительным. Такое сильное затухание характерно для среды с большим сопротивлением. Следовательно, этот график соответствует колебаниям в воде.

б) На этом графике амплитуда колебаний уменьшается гораздо медленнее. Система успевает совершить большое количество колебаний, прежде чем они полностью затухнут. Такое слабое затухание характерно для среды с малым сопротивлением. Следовательно, этот график соответствует колебаниям в воздухе.

Ответ: График а) соответствует колебаниям, происходящим в воде, так как из-за большей плотности и вязкости воды сила сопротивления велика, и колебания затухают быстро. График б) соответствует колебаниям в воздухе, где сила сопротивления значительно меньше, и затухание происходит медленно.