Номер 4, 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 4, страница 145.

4. Какие колебания называют свободными?

Какие колебания называют свободными?

Свободными (или собственными) колебаниями называют колебания, которые происходят в системе под действием только внутренних сил, после того как система была выведена из положения устойчивого равновесия. Иными словами, это колебания, которые система совершает «самостоятельно», без воздействия внешних периодических сил.

Основные характеристики свободных колебаний:

• Они возникают после однократного внешнего воздействия, которое сообщает системе начальную энергию (например, отклонение маятника или растяжение пружины).
• Частота свободных колебаний, называемая собственной частотой ($ \omega_0 $ или $ \nu_0 $), определяется исключительно внутренними свойствами самой системы (например, массой груза и жесткостью пружины для пружинного маятника, или длиной нити и ускорением свободного падения для математического маятника).
• В реальных условиях свободные колебания всегда являются затухающими. Из-за наличия сил трения или сопротивления среды (сил диссипации) полная механическая энергия системы постепенно уменьшается, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний со временем, пока они полностью не прекратятся.
• В идеализированной модели (в отсутствие сил трения) свободные колебания были бы незатухающими и продолжались бы бесконечно долго с постоянной амплитудой. Такие идеальные колебания описываются гармоническим законом, например, $ x(t) = A \cos(\omega_0 t + \phi_0) $.

Примерами свободных колебаний являются: колебания груза на пружине, колебания математического маятника, колебания струны музыкального инструмента после того, как ее защипнули, колебания заряда в идеальном LC-контуре.

Ответ: Свободными называют колебания, которые совершаются в системе за счет первоначально сообщенной энергии под действием внутренних сил, без дальнейшего воздействия внешних периодических сил.

5. Какие системы называют колебательными? Назовите общее

Колебательными системами называют физические системы, в которых при определенных условиях могут возникать и поддерживаться свободные колебания. Это системы, способные совершать периодические или почти периодические движения (или изменения состояния) около положения устойчивого равновесия.

Для того чтобы система была колебательной, она должна обладать следующими обязательными свойствами:

1. Наличие положения устойчивого равновесия. Это такое состояние, при выведении из которого в системе возникают внутренние силы, стремящиеся вернуть ее обратно в это положение. Эту силу называют возвращающей силой.
2. Наличие инертности. Система должна обладать способностью сохранять состояние движения. Благодаря инертности, возвращаясь к положению равновесия, тело не останавливается в нем, а проходит его по инерции. В механических системах это свойство связано с массой тела, в электромагнитных — с индуктивностью катушки.
3. Малое трение (диссипация энергии). Для того чтобы колебания не затухли мгновенно, потери энергии в системе должны быть незначительными.

Общее для всех колебательных систем — это наличие двух элементов, способных попеременно накапливать энергию в разных формах, и механизм периодического преобразования энергии из одной формы в другую. Например:

• В пружинном маятнике происходит преобразование потенциальной энергии упруго деформированной пружины в кинетическую энергию движущегося груза и обратно.
• В математическом маятнике потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, преобразуется в его кинетическую энергию и обратно.
• В колебательном LC-контуре происходит преобразование энергии электрического поля заряженного конденсатора в энергию магнитного поля катушки индуктивности и обратно.

Таким образом, общим свойством является способность системы к периодическим взаимным превращениям энергии.

Ответ: Колебательными называют системы, в которых могут возникать свободные колебания. Общим для всех таких систем является наличие положения устойчивого равновесия и способности к периодическому преобразованию энергии из одного вида в другой (например, потенциальной в кинетическую и обратно).