Номер 4, страница 158 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 32. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Глава 2. Механические колебания и волны. Звук - номер 4, страница 158.

4. Могут ли свободные колебания быть незатухающими? Почему? Что необходимо делать для того, чтобы колебания были незатухающими?

Свободными колебаниями называют колебания, которые совершает система под действием внутренних сил после того, как она была выведена из положения равновесия. В любой реальной колебательной системе (например, маятник на нити в воздухе или груз на пружине) всегда существуют силы сопротивления или трения (сопротивление воздуха, трение в точке подвеса, внутреннее трение в материале пружины и т.д.). Эти силы совершают отрицательную работу, в результате чего полная механическая энергия колебательной системы постепенно уменьшается, переходя во внутреннюю энергию (теплоту). Уменьшение энергии приводит к уменьшению амплитуды колебаний, то есть к их затуханию.

Таким образом, в реальных условиях свободные колебания не могут быть незатухающими. Незатухающие свободные колебания — это физическая идеализация, модель, которая была бы возможна только в гипотетической системе, где полностью отсутствуют любые диссипативные силы (силы трения и сопротивления).

Для того, чтобы колебания были незатухающими, необходимо постоянно восполнять потери энергии в системе. Это достигается за счет работы внешней силы. Энергия должна подводиться к системе извне, причем мощность, с которой подводится энергия, должна быть в среднем равна мощности, теряемой из-за трения. Колебания, поддерживаемые за счет постоянного притока энергии от внешнего источника, уже не являются свободными. Они называются вынужденными или автоколебаниями.

Ответ: В реальных условиях свободные колебания не могут быть незатухающими, так как всегда присутствуют силы трения и сопротивления, которые приводят к потере энергии и, как следствие, к затуханию колебаний. Чтобы колебания стали незатухающими, необходимо непрерывно компенсировать эти потери энергии за счет внешнего источника, то есть превратить их в вынужденные колебания или автоколебания.

5. Вынужденные колебания — это колебания, которые совершаются под действием внешней, периодически изменяющейся силы, называемой вынуждающей силой. Когда на колебательную систему начинает действовать такая сила, сначала наступает переходный процесс. В этот период движение системы представляет собой наложение ее собственных затухающих колебаний (с собственной частотой $\omega_0$) и колебаний, вызванных внешней силой.

Поскольку собственные колебания всегда затухают из-за наличия трения, через некоторое время они практически полностью прекращаются. После этого в системе устанавливаются так называемые установившиеся вынужденные колебания.

Частота установившихся вынужденных колебаний всегда равна частоте вынуждающей силы. Система как бы «забывает» о своей собственной частоте и вынуждена колебаться с частотой внешнего воздействия. Если частота вынуждающей силы ($\omega$) совпадает или очень близка к собственной частоте колебательной системы ($\omega_0$), возникает явление резонанса — резкое увеличение амплитуды установившихся вынужденных колебаний. Но даже при резонансе частота колебаний все равно равна частоте вынуждающей силы.

Ответ: Частота установившихся вынужденных колебаний равна частоте внешней периодической (вынуждающей) силы, действующей на систему.