Номер 3, страница 135 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Где быстрее прекратятся колебания маятника — в воздухе или в воде? Почему? (Начальный запас энергии в обоих случаях одинаков.)

Решение

Колебания любого маятника в реальных условиях являются затухающими. Это происходит из-за наличия сил сопротивления среды (воздуха, воды и т.д.), которые противодействуют движению. Эти силы совершают отрицательную работу, в результате чего механическая энергия маятника постепенно превращается во внутреннюю энергию (нагревая маятник и окружающую среду), и колебания прекращаются.

Ключевым фактором, определяющим, как быстро затухнут колебания, является величина силы сопротивления среды. Эта сила, в свою очередь, сильно зависит от плотности среды, в которой происходят колебания.

Сравним плотности воздуха и воды:

• Плотность воды ($\rho_{воды}$) составляет примерно $1000 \text{ кг/м}^3$.
• Плотность воздуха ($\rho_{воздуха}$) составляет примерно $1.2 \text{ кг/м}^3$.

Плотность воды почти в 800 раз больше плотности воздуха. Сила сопротивления среды прямо пропорциональна ее плотности. Следовательно, при движении в воде маятник испытывает значительно большую силу сопротивления, чем при движении в воздухе.

Поскольку начальный запас энергии в обоих случаях одинаков, а в воде энергия расходуется на преодоление силы сопротивления гораздо интенсивнее, то и колебания в воде затухнут значительно быстрее, чем в воздухе.

Ответ: колебания маятника быстрее прекратятся в воде. Причина в том, что плотность воды намного больше плотности воздуха. Из-за этого сила сопротивления, действующая на маятник в воде, значительно превосходит силу сопротивления в воздухе. Это приводит к более быстрой потере механической энергии и, соответственно, к более быстрому затуханию колебаний.