Номер 3, страница 145 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 29. Колебательное движение. Свободные колебания. Глава 2. Механические колебания и волны. Звук - номер 3, страница 145.

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

Почему шарик не останавливается, дойдя до положения равновесия?

Шарик не останавливается в положении равновесия из-за явления инерции. Когда тело движется, оно стремится сохранить свою скорость и направление движения. Рассмотрим процесс колебаний подробнее:

1. Когда шарик отклоняют от положения равновесия (например, поднимают шарик маятника) и отпускают, он обладает максимальной потенциальной энергией $E_п$ и нулевой кинетической энергией $E_к$. Под действием возвращающей силы (в случае маятника — составляющей силы тяжести) он начинает двигаться к положению равновесия.
2. По мере движения к положению равновесия его высота уменьшается, а скорость растет. Соответственно, потенциальная энергия переходит в кинетическую.
3. В самой нижней точке траектории (в положении равновесия) потенциальная энергия шарика минимальна, а кинетическая энергия, и, следовательно, скорость, достигают своего максимального значения.
4. Несмотря на то, что в положении равновесия равнодействующая сил может быть равна нулю, шарик обладает максимальной скоростью. В силу инерции он не может остановиться мгновенно и продолжает движение, проскакивая это положение.
5. Двигаясь дальше, он начинает подниматься, и возвращающая сила теперь направлена против его движения, замедляя его. Кинетическая энергия снова преобразуется в потенциальную, пока шарик не достигнет крайней точки с другой стороны, где его скорость на мгновение станет равной нулю, и процесс начнется заново.

Таким образом, именно накопленная кинетическая энергия и свойство инерции заставляют шарик проходить положение равновесия и продолжать колебательное движение.

Ответ: Шарик не останавливается в положении равновесия, потому что в этой точке он обладает максимальной скоростью. Вследствие инерции он продолжает свое движение, проходя эту точку.

4. Какие колебания называют свободными?

Свободными (или собственными) колебаниями называют колебания, которые возникают в колебательной системе под действием внутренних сил после того, как система была выведена из состояния устойчивого равновесия и предоставлена самой себе.

Основные признаки свободных колебаний:

• Они происходят без воздействия внешних периодических сил в процессе самого колебания. Система совершает колебания "самостоятельно" после первоначального толчка или смещения.
• Частота свободных колебаний в идеальной системе (без трения) называется собственной частотой и зависит только от параметров самой системы. Например, для пружинного маятника она зависит от массы груза $m$ и жесткости пружины $k$, а для математического маятника — от его длины $l$ и ускорения свободного падения $g$.
• В реальных условиях всегда присутствуют силы сопротивления (трение, сопротивление воздуха), поэтому свободные колебания являются затухающими: их амплитуда постепенно уменьшается со временем, так как механическая энергия системы расходуется на преодоление этих сил.

Примерами могут служить колебания маятника часов после завода, качели после одного толчка или вибрация гитарной струны после того, как ее защипнули.

Ответ: Свободными колебаниями называют колебания, которые система совершает за счет первоначально сообщенной ей энергии под действием своих внутренних сил, без внешних воздействий в процессе колебаний.