Глава 2. Механические колебания и волны. Звук. § 29. Колебательное движение. Свободные колебания — с. 145
§ 29. Вопрос 1. Что называют механическими колебаниями?
Механическими колебаниями называют повторяющиеся во времени движения, при которых тело многократно проходит положение равновесия то в одну, то в другую сторону. Примеры: колебания шарика на нити, груза на пружине, струны, ветки дерева.
§ 29. Вопрос 2. Пользуясь рисунком 97, объясните, почему по мере приближения шарика к точке O его скорость увеличивается, а по мере удаления от точки O скорость шарика уменьшается.
На рисунке 97 шарик на пружине скользит по гладкой струне без трения; O — положение равновесия, где пружина не деформирована. В любой другой точке на шарик действует сила упругости пружины, направленная к точке O (к положению равновесия).
При движении шарика к точке O сила упругости направлена так же, как скорость, поэтому создаёт ускорение в сторону движения, и скорость растёт. По мере приближения к O деформация пружины уменьшается, и сила упругости убывает.
При удалении от точки O (после её прохождения по инерции) сила упругости направлена против скорости и тормозит шарик, поэтому скорость уменьшается и в крайней точке (A или B) становится равной нулю.
При движении шарика к точке O сила упругости направлена так же, как скорость, поэтому создаёт ускорение в сторону движения, и скорость растёт. По мере приближения к O деформация пружины уменьшается, и сила упругости убывает.
При удалении от точки O (после её прохождения по инерции) сила упругости направлена против скорости и тормозит шарик, поэтому скорость уменьшается и в крайней точке (A или B) становится равной нулю.
§ 29. Вопрос 3. Почему шарик не останавливается, дойдя до положения равновесия?
В положении равновесия сила упругости равна нулю, но шарик имеет скорость (набранную при движении к этой точке). По инерции он продолжает двигаться дальше, проходит положение равновесия, и тогда пружина начинает деформироваться в другую сторону, а возникающая сила упругости тормозит шарик.
§ 29. Вопрос 4. Какие колебания называют свободными?
Свободными называют колебания, которые происходят только благодаря начальному запасу энергии, сообщённому системе (например, при отклонении шарика от положения равновесия), без внешнего воздействия в дальнейшем. Они происходят в результате взаимодействия тел колебательной системы.
§ 29. Вопрос 5. Какие системы называют колебательными?
Назовите общее свойство колебательных систем. Приведите примеры таких систем.
Колебательными называют системы тел, которые способны совершать свободные колебания. Общее свойство всех колебательных систем — наличие положения устойчивого равновесия: при выводе системы из этого положения возникают силы, стремящиеся вернуть её обратно. Примеры: пружинный маятник (груз и пружина), нитяной маятник (шарик, нить и Земля), диск на резиновых шнурах.