Номер 3, страница 122 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Почему шарик не останавливается, дойдя до положения равновесия?

3. Шарик, совершающий колебания (например, как маятник), не останавливается в положении равновесия из-за фундаментального физического явления — инерции. Когда шарик движется из крайнего положения к положению равновесия, на него действует возвращающая сила, которая его ускоряет. В процессе этого движения его потенциальная энергия, запасенная в крайнем положении, преобразуется в кинетическую энергию движения. В момент прохождения положения равновесия возвращающая сила становится равной нулю, но скорость шарика и его кинетическая энергия ($E_k = \frac{mv^2}{2}$) достигают своего максимального значения. Согласно первому закону Ньютона, тело, на которое не действуют силы (или действие сил скомпенсировано), сохраняет свою скорость. Поэтому шарик, обладая максимальной скоростью в этой точке, по инерции продолжает свое движение, проскакивая положение равновесия. Сразу после этого на него начинает действовать возвращающая сила, направленная уже в противоположную сторону, которая замедляет его движение до полной остановки в другом крайнем положении, после чего процесс повторяется в обратном направлении.

Ответ: Шарик не останавливается в положении равновесия, потому что в этой точке он обладает максимальной скоростью и, по инерции, продолжает двигаться дальше. Остановка происходит только в крайних точках, где вся кинетическая энергия переходит в потенциальную.

4. Свободными (или собственными) колебаниями называют колебания, которые возникают в системе под действием внутренних сил после того, как система была выведена из положения устойчивого равновесия. Ключевой особенностью таких колебаний является то, что они происходят без воздействия внешних периодических сил, то есть система колеблется "сама по себе" за счет начального запаса энергии. Частота свободных колебаний, называемая собственной частотой, определяется исключительно параметрами самой системы. Например, для пружинного маятника собственная частота зависит от массы груза $m$ и жесткости пружины $k$ ($ \omega_0 = \sqrt{\frac{k}{m}} $), а для математического маятника — от его длины $l$ ($ \omega_0 = \sqrt{\frac{g}{l}} $). В реальных условиях свободные колебания всегда являются затухающими из-за неизбежного наличия сил трения и сопротивления среды.

Ответ: Свободные колебания — это колебания, совершаемые системой под действием ее внутренних сил после однократного выведения из положения равновесия.