Номер 4, страница 123 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические колебания и волны. Параграф 26. Вынужденные колебания. Резонанс. Вопросы для самопроверки - номер 4, страница 123.

Условие.

4. Почему свободные колебания являются затухающими?

Решение.

Свободные колебания представляют собой колебания, которые происходят в системе под действием только внутренних сил после того, как она была выведена из положения равновесия. В идеальной физической модели, где отсутствуют силы трения и сопротивления, такие колебания были бы незатухающими, то есть их амплитуда оставалась бы постоянной вечно, так как полная механическая энергия системы сохранялась бы.

Однако в любой реальной физической системе всегда существуют диссипативные силы (силы, приводящие к рассеиванию энергии), которые вызывают затухание колебаний. Основными причинами этого являются:

1. Силы трения. Например, трение в оси подвеса маятника, трение качения или скольжения для колеблющегося на поверхности тела, а также внутреннее трение в деформируемых частях системы (например, в пружине).

2. Сопротивление среды. Любое колеблющееся тело движется в окружающей среде (воздух, вода и т.д.), которая оказывает сопротивление его движению. На преодоление этого сопротивления тратится механическая энергия.

В результате действия этих сил часть механической энергии колебательной системы непрерывно переходит в другие виды, в основном во внутреннюю энергию (теплоту), нагревая саму систему и окружающую среду. Поскольку полная энергия колебаний пропорциональна квадрату их амплитуды ($E \propto A^2$), уменьшение энергии приводит к постепенному уменьшению амплитуды. Со временем колебания полностью прекращаются, и система возвращается в состояние устойчивого равновесия.

Таким образом, в реальном мире свободные колебания всегда являются затухающими из-за неизбежной потери энергии.

Ответ: Свободные колебания являются затухающими, потому что в любой реальной системе всегда присутствуют силы сопротивления (трение, сопротивление среды), из-за действия которых механическая энергия колебательной системы постепенно расходуется и переходит в другие виды энергии (в основном, в тепловую), что приводит к уменьшению амплитуды колебаний с течением времени.