Номер 5, страница 30 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

5. Какие колебания называются вынужденными? От чего зависит частота вынужденных колебаний?

Какие колебания называются вынужденными?

Вынужденными колебаниями называют незатухающие колебания, которые совершает система под действием внешней периодически изменяющейся силы. Эта внешняя сила, называемая вынуждающей силой, компенсирует потери энергии в колебательной системе, вызванные трением или другими силами сопротивления, и таким образом поддерживает колебания.

В отличие от свободных (собственных) колебаний, которые происходят за счет первоначально сообщенной энергии и постепенно затухают из-за потерь энергии, вынужденные колебания могут продолжаться неограниченно долго, пока действует внешняя сила. Примерами вынужденных колебаний являются:

• колебания качелей, когда их периодически подталкивают;
• колебания диффузора громкоговорителя под действием переменного электрического тока;
• вибрации струны гитары, когда на нее направлена звуковая волна от другого источника звука.

Ответ: Вынужденные колебания – это колебания, происходящие в системе под воздействием внешней, периодически изменяющейся (вынуждающей) силы.

От чего зависит частота вынужденных колебаний?

После начала действия внешней силы наступает короткий переходный процесс, во время которого собственные колебания системы затухают. После этого устанавливаются стационарные (установившиеся) вынужденные колебания.

Частота установившихся вынужденных колебаний не зависит от собственных параметров системы (таких как масса, жесткость пружины, длина маятника и т.д., которые определяют её собственную частоту колебаний $ \nu_0 $). Частота вынужденных колебаний всегда равна частоте $ \nu $ внешней вынуждающей силы.

Таким образом, система "вынуждена" колебаться с той частотой, которую ей "навязывает" внешнее периодическое воздействие. Если циклическая частота вынуждающей силы равна $ \omega $, то и система будет совершать вынужденные колебания с циклической частотой $ \omega $.

Важно отметить, что хотя частота вынужденных колебаний определяется только частотой внешней силы, их амплитуда очень сильно зависит от соотношения частоты внешней силы $ \nu $ и собственной частоты системы $ \nu_0 $. Когда эти частоты близки или равны ($ \nu \approx \nu_0 $), наступает явление резонанса, при котором амплитуда вынужденных колебаний достигает максимального значения.

Ответ: Частота установившихся вынужденных колебаний зависит только от частоты внешней периодической силы, действующей на колебательную систему.