Номер 2, страница 146 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Упражнение 28. § 29. Колебательное движение. Свободные колебания. Глава 2. Механические колебания и волны. Звук - номер 2, страница 146.

2. Что общего в колебательном движении подвешенного к нити груза (см. рис. 96, а) и движении по окружности шара легкоатлетического молота (см. рис. 59)? Чем отличаются эти движения?

Что общего в колебательном движении подвешенного к нити груза и движении по окружности шара легкоатлетического молота?

Несмотря на то, что эти два вида движения выглядят по-разному, у них есть несколько фундаментальных общих черт:

1. Периодичность движения. Оба движения являются периодическими, то есть они повторяются через определенный интервал времени (период). Груз на нити совершает полное колебание (например, из крайнего левого положения в крайнее правое и обратно), а шар молота совершает полный оборот по окружности.

2. Движение по криволинейной траектории. В обоих случаях тело движется не по прямой, а по траектории, которая является частью окружности (для груза) или полной окружностью (для молота). Это означает, что вектор скорости тела постоянно изменяется по направлению.

3. Наличие центростремительного ускорения. Поскольку вектор скорости меняет свое направление, в обоих случаях присутствует центростремительное (или нормальное) ускорение $a_ц$. Оно всегда направлено к центру кривизны траектории (к точке подвеса для маятника или к центру окружности для молота).

4. Роль силы натяжения. В обоих случаях одним из ключевых элементов системы является нить (или трос молота), которая не позволяет телу двигаться прямолинейно. Сила натяжения нити является одной из главных сил, создающих центростремительное ускорение.

Ответ: Общими чертами являются периодичность, движение по дуге окружности, наличие центростремительного ускорения и участие силы натяжения нити в создании этого ускорения.

Чем отличаются эти движения?

Различия между этими движениями более существенны и касаются их основной физической природы:

1. Тип движения и траектория.

   • Груз на нити совершает колебательное движение. Его траектория — это дуга окружности в вертикальной плоскости. Движение происходит "туда-обратно" относительно положения равновесия.

   • Шар молота совершает вращательное движение. Его траектория — это, как правило, полная окружность в почти горизонтальной плоскости.

2. Изменение скорости.

   • У груза на нити величина скорости (модуль) постоянно меняется. Она равна нулю в крайних точках подъема и достигает максимума в нижней точке траектории (положении равновесия).

   • У шара молота при установившемся вращении величину скорости можно считать практически постоянной. Изменяется только ее направление.

3. Характер ускорения.

   • У груза на нити полное ускорение состоит из двух компонентов: центростремительного ($a_ц$), меняющего направление скорости, и тангенциального ($a_τ$), меняющего величину скорости. Тангенциальное ускорение создается составляющей силы тяжести и равно нулю только в нижней точке траектории.

   • У шара молота (при равномерном вращении) присутствует только центростремительное ускорение ($a_ц = v^2/R$), которое постоянно по модулю, но непрерывно меняет направление. Тангенциальное ускорение равно нулю ($a_τ = 0$).

4. Причина (движущая сила) движения.

   • Движение маятника — это свободные колебания. После первоначального отклонения оно происходит под действием возвращающей силы — тангенциальной составляющей силы тяжести ($F_τ = mg \sin\alpha$), которая всегда направлена к положению равновесия.

   • Движение молота — это вынужденное вращение. Оно поддерживается за счет работы, совершаемой атлетом. Сила натяжения троса выполняет роль центростремительной силы, удерживающей шар на круговой траектории.

Ответ: Движения отличаются типом (колебательное против вращательного), траекторией (дуга против окружности), характером изменения скорости (переменная по модулю против постоянной), составом ускорения (наличие или отсутствие тангенциальной составляющей) и физической причиной движения (возвращающая сила тяжести против центростремительной силы, создаваемой атлетом).