Номер 3, страница 136 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Рассмотрите рисунок 74 и скажите, какие из тел способны совершать свободные колебания; вынужденные колебания. Ответ обоснуйте.

Для того чтобы определить, какие тела совершают свободные, а какие — вынужденные колебания, необходимо разобраться в определениях этих понятий. Свободные колебания — это колебания, которые система совершает за счет внутренних сил после того, как ее вывели из положения равновесия. Вынужденные колебания — это колебания, которые происходят под действием внешней, периодически изменяющейся силы.

Поскольку конкретный рисунок 74 не приложен, мы рассмотрим общие, наиболее характерные примеры для каждого вида колебаний.

Решение

свободные колебания

Тела способны совершать свободные колебания, если они обладают положением устойчивого равновесия и при отклонении от него возникает внутренняя возвращающая сила (например, сила упругости или составляющая силы тяжести), которая стремится вернуть тело в положение равновесия. После однократного воздействия (например, толчка или отклонения) система, предоставленная сама себе, будет совершать колебания. В реальных условиях такие колебания всегда являются затухающими из-за потерь энергии на трение и сопротивление среды.

Примерами тел, способных совершать свободные колебания, являются:

1. Математический или пружинный маятник. Если отклонить груз от положения равновесия и отпустить, он начнет колебаться под действием силы тяжести или силы упругости.

2. Струна музыкального инструмента (гитары, скрипки). После того как струну щипнули или провели по ней смычком и убрали воздействие, она продолжает колебаться, издавая звук.

3. Качели после одного толчка. Отклонив качели и отпустив их, мы увидим, что они будут совершать затухающие свободные колебания.

Ответ: Свободные колебания способны совершать тела, которые после выведения из положения равновесия колеблются под действием только внутренних сил системы (например, маятник, груз на пружине, струна).

вынужденные колебания

Тела совершают вынужденные колебания, когда они движутся под постоянным воздействием внешней периодической силы. Такие колебания не затухают, пока действует эта сила, и их частота совпадает с частотой вынуждающей силы. Если прекратить внешнее воздействие, колебания либо прекратятся, либо перейдут в свободные затухающие колебания.

Примерами тел, совершающих вынужденные колебания, являются:

1. Поршень в цилиндре работающего двигателя внутреннего сгорания. Он движется вверх и вниз под действием периодически повторяющихся сил давления газов, образующихся при сгорании топлива.

2. Игла в работающей швейной машине. Ее движение обеспечивается мотором, который создает периодическую вынуждающую силу.

3. Качели, которые постоянно раскачивает человек. Человек выступает в роли источника внешней периодической силы, поддерживающей колебания.

Ответ: Вынужденные колебания совершают тела, на которые действует внешняя, периодически изменяющаяся сила (например, поршень в двигателе, игла швейной машины, постоянно раскачиваемые качели).