Номер 4, страница 182 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 10. Механические колебания и волны. Параграф 38. Свободные колебания. Период и частота колебаний - номер 4, страница 182.

Условие.

4. Назовите отличительные свойства колебательной системы.

Решение.

Решение

Колебательная система — это физическая система, способная совершать колебания, то есть периодически повторяющиеся процессы изменения состояния около положения устойчивого равновесия. Для возникновения и поддержания колебаний система должна обладать следующими ключевыми (отличительными) свойствами:

1. Наличие положения устойчивого равновесия

У системы должно быть состояние, в котором она может находиться без изменений как угодно долго, если на неё не действуют внешние силы. Это точка, где потенциальная энергия системы минимальна. При любом отклонении от этого положения в системе возникают внутренние силы, стремящиеся вернуть её обратно. Например, для маятника это нижняя точка траектории, для груза на пружине — положение, в котором пружина не деформирована (или деформирована так, чтобы её сила упругости уравновешивала силу тяжести).

Ответ: Колебательная система должна иметь положение устойчивого равновесия, к которому она стремится вернуться после отклонения.

2. Наличие возвращающей силы

При смещении тела из положения равновесия должна возникать сила, направленная в сторону, противоположную смещению, то есть к положению равновесия. Эта сила заставляет систему двигаться обратно к равновесию. Для многих систем при малых отклонениях эта сила пропорциональна смещению $\text{x}$ (например, сила упругости по закону Гука: $F = -kx$). Именно возвращающая сила является причиной колебаний, обеспечивая преобразование потенциальной энергии в кинетическую и обратно.

Ответ: В системе должна существовать возвращающая сила, которая возникает при отклонении от равновесия и направлена к нему.

3. Инертность системы

Колеблющееся тело должно обладать инертностью (в механике — массой, в LC-контуре — индуктивностью). Благодаря инерции, возвращаясь к положению равновесия под действием возвращающей силы, тело не останавливается в нём, а продолжает движение, "проскакивая" это положение. После этого возвращающая сила начинает действовать в противоположном направлении, замедляя тело и возвращая его обратно. Таким образом, инертность обеспечивает непрерывность колебательного процесса.

Ответ: Система должна обладать инертностью, чтобы при возвращении в положение равновесия продолжать движение, обеспечивая тем самым цикличность процесса.

4. Малая диссипация энергии

Чтобы колебания продолжались достаточно долго, потери энергии в системе должны быть минимальны. В любой реальной системе существуют силы сопротивления и трения, которые приводят к рассеиванию (диссипации) энергии и, как следствие, к затуханию колебаний — уменьшению их амплитуды со временем. В идеализированной колебательной системе (консервативной системе) диссипация энергии отсутствует, и свободные колебания могут продолжаться бесконечно долго с постоянной амплитудой.

Ответ: Потери энергии в системе (например, из-за трения) должны быть незначительными, чтобы колебания могли продолжаться длительное время.