Обсуди с товарищами, страница 146 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 29. Колебательное движение. Свободные колебания. Глава 2. Механические колебания и волны. Звук - страница 146.

Какие системы (рис. 100) являются колебательными, а какие — нет? Какому требованию должна удовлетворять система тел, чтобы она являлась колебательной?

Какие системы (рис. 100) являются колебательными, а какие — нет?

Решение:

Чтобы определить, является ли система колебательной, необходимо проанализировать, есть ли у нее положение устойчивого равновесия и возникает ли при отклонении от этого положения возвращающая сила, стремящаяся вернуть тело обратно.

а) Шарик на горизонтальной поверхности. Эта система находится в состоянии безразличного равновесия. Если сместить шарик в сторону, не возникнет силы, которая бы вернула его в начальную точку. Следовательно, это не колебательная система.

б) Шарик на дне чаши. Нижняя точка чаши — это положение устойчивого равновесия. При смещении шарика от этого положения возникает составляющая силы тяжести, которая направлена к нижней точке и является возвращающей силой. Поэтому система является колебательной.

в) Шарик на выпуклой поверхности. Верхняя точка поверхности является положением неустойчивого равновесия. Любое, даже самое малое смещение приводит к тому, что сила тяжести уводит шарик еще дальше от положения равновесия. Возвращающая сила отсутствует. Это не колебательная система.

г) Тонкая ветка дерева. В неизогнутом состоянии ветка находится в положении устойчивого равновесия. При ее отклонении возникают внутренние силы упругости, которые стремятся вернуть ветку в исходное положение. Эти силы являются возвращающими, поэтому система является колебательной.

д) Поршень в цилиндре с газом. Положение, в котором давление газа под поршнем уравновешивает внешнее давление, является положением устойчивого равновесия. При смещении поршня в любую сторону давление газа изменяется, создавая возвращающую силу. Система является колебательной.

е) Пружинный маятник. Это классический пример колебательной системы. Положение равновесия — это точка, в которой сила упругости пружины уравновешивает силу тяжести груза. При смещении груза из этого положения возникает возвращающая сила упругости (описываемая законом Гука, $F = -kx$), которая вызывает колебания.

Ответ: Колебательными системами являются: б, г, д, е. Не являются колебательными системами: а, в.

Какому требованию должна удовлетворять система тел, чтобы она являлась колебательной?

Решение:

Чтобы в системе тел могли возникать и поддерживаться механические колебания, она должна удовлетворять нескольким фундаментальным требованиям:

1. Наличие положения устойчивого равновесия. Это такое состояние системы, в котором равнодействующая всех сил равна нулю, и при малом отклонении от этого положения возникает сила, стремящаяся вернуть систему обратно. Системы в безразличном (случай а) или неустойчивом (случай в) равновесии совершать колебания не могут.

2. Наличие возвращающей силы. При любом отклонении тела от положения равновесия в системе должна возникать сила, направленная к положению равновесия. Именно эта сила заставляет тело, выведенное из равновесия, двигаться обратно.

3. Наличие инерции. Колеблющееся тело должно обладать массой, а следовательно, инертностью. Благодаря инерции, тело, возвращаясь под действием возвращающей силы к положению равновесия, не останавливается в нем, а проходит его, продолжая движение. Это и обеспечивает повторяемость (периодичность) процесса.

Кроме того, для существования длительных колебаний необходимо, чтобы силы сопротивления (трение, сопротивление среды) были достаточно малы по сравнению с возвращающей силой, иначе колебания быстро затухнут.

Ответ: Чтобы система являлась колебательной, она должна обладать положением устойчивого равновесия, и при отклонении от него в системе должна возникать возвращающая сила. Также необходимо, чтобы колеблющееся тело обладало инерцией.