Номер 2, страница 124 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические колебания и волны. Параграф 26. Вынужденные колебания. Резонанс. Задание 26 - номер 2, страница 124.

Условие.

2_э. Придумайте и проведите опыт по наблюдению вынужденных колебаний.

Решение.

Для наблюдения вынужденных колебаний можно провести простой и наглядный опыт с использованием маятника.

Оборудование

Для проведения опыта понадобится нить длиной около 50–100 см, небольшой, но достаточно тяжелый груз (например, гайка, брелок или ластик) и точка подвеса (можно использовать штатив или просто держать нить в руке).

Ход опыта

1. Сначала необходимо собрать простой маятник: привязать груз к одному концу нити, а другой конец закрепить на опоре или взять в руку.

2. Изучим свободные колебания. Для этого нужно отклонить маятник от положения равновесия и отпустить. Он начнет колебаться с собственной (природной) частотой. Период этих колебаний $T_0$ зависит от длины нити $\text{L}$ и определяется формулой $T_0 = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}}$. Важно визуально запомнить этот период колебаний.

3. Теперь приступим к наблюдению вынужденных колебаний. Будем периодически двигать точку подвеса (руку с нитью) вправо-влево с небольшой амплитудой. Это движение является внешней периодической (вынуждающей) силой, которая заставляет маятник колебаться.

4. Понаблюдаем за поведением маятника при разной частоте вынуждающей силы:

а) Сначала будем двигать рукой очень медленно, с частотой, которая заметно меньше собственной частоты маятника.

б) Затем увеличим частоту движений, сделав ее заметно больше собственной частоты маятника.

в) Наконец, подберем частоту движений руки так, чтобы она примерно совпадала с собственной частотой колебаний маятника, которую мы наблюдали в пункте 2.

Наблюдение и вывод

В результате опыта можно заметить, что во всех трех случаях (а, б, в) через короткий промежуток времени маятник начинает колебаться с частотой, которую задает движение руки (вынуждающая сила), а не со своей собственной. Это и есть вынужденные колебания.

При этом амплитуда колебаний будет разной. В случаях а) и б), когда частота вынуждающей силы сильно отличается от собственной частоты маятника, амплитуда его колебаний будет небольшой. В случае в), когда частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой маятника, амплитуда колебаний резко и значительно возрастает. Это явление называется резонансом.

Ответ: Опыт с маятником, которому сообщают колебания через точку подвеса, позволяет наглядно наблюдать вынужденные колебания. Было установлено, что колебательная система (маятник) колеблется с частотой внешней вынуждающей силы. При совпадении частоты внешней силы с собственной частотой системы наблюдается явление резонанса — резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний.