Номер 2, страница 30 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

2. Какие колебания называются свободными (собственными)?

2. Какие колебания называются свободными (собственными)?

Свободными или собственными колебаниями называют колебания, которые возникают в колебательной системе под действием ее внутренних сил после того, как система была выведена из положения устойчивого равновесия. После первоначального воздействия (смещения или толчка) система предоставляется самой себе, и на нее не действуют никакие внешние периодически изменяющиеся силы.

Ключевые характеристики свободных колебаний:

1. Причина возникновения: Внутренние силы системы, стремящиеся вернуть ее в положение равновесия. Например, для пружинного маятника это сила упругости, а для обычного маятника — составляющая силы тяжести.

2. Собственная частота: Колебания происходят на определенной, характерной для данной системы частоте, которая называется собственной частотой ($f_0$) или собственной циклической (круговой) частотой ($ \omega_0 $). Эта частота зависит только от физических параметров самой системы. Например, для пружинного маятника (груз массой $m$ на пружине жесткостью $k$) собственная циклическая частота равна $ \omega_0 = \sqrt{\frac{k}{m}} $. Для математического маятника (длиной $l$ в поле тяжести с ускорением $g$) собственная циклическая частота составляет $ \omega_0 = \sqrt{\frac{g}{l}} $.

3. Затухание: В реальных условиях всегда присутствуют силы сопротивления (трение, сопротивление воздуха), из-за которых механическая энергия колебательной системы постепенно расходуется, превращаясь в тепло. В результате амплитуда свободных колебаний со временем уменьшается — они затухают. Такие колебания называют затухающими.

4. Идеальная модель: В идеализированной системе, где потерями энергии пренебрегают, свободные колебания были бы незатухающими (гармоническими) и продолжались бы бесконечно долго с постоянной амплитудой.

Примерами свободных колебаний являются колебания качелей после того, как их раскачали и отпустили, или вибрация гитарной струны после того, как ее защипнули.

Ответ: Свободными (собственными) колебаниями называют колебания, которые совершает система под действием своих внутренних сил после того, как она была выведена из положения равновесия. Они происходят на собственной частоте, определяемой параметрами системы, и в реальных условиях являются затухающими.