4.5
ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ. РЕЗОНАНС
Наверно, вы слышали о двух необычных исторических событиях:
-
Когда в 1905 году в городе Санкт-Петербург (Россия) по висячему цепному Египетскому
мосту длиной 55 м проходил кавалерийский эскадрон, пролеты моста неожиданно
рухнули на лед реки Фонтантка (a).
- В 1940 году в один из ветреных дней подвесной мост “Такома” длиной 1810 м, построенный
через пролив Такома-Херроуз (США), разрушился (b).
- Что общего в произошедших событиях и могут ли быть эти события
связаны с колебательным движением?
Исследование-1.
Какой из маятников колеблется с
большей амплитудой?
Оборудование: 2 штатива с муфтой или две опоры, закрепленные
на одном основании, толстая нить, нитевые маятники разной
длины (масса шарика на одном из маятников больше, чем на
других маятниках).
Ход исследования:
- Закрепите на опорах, сильно натянув, толстую веревку, а маятники
подвесьте на ней, как показано на рисунке (c).
- Приведите в свободное колебательное движение крайний маятник
(1-й или 7-й). Определите, какой из маятников колеблется с
амплитудой и частотой, равной амплитуде и частоте колебаний
4 маятника с шариком большей массы.
Обсуждение результатов:
- Какой из маятников совершает свободные, а какой вынужденные колебания? Почему?
- Какой маятник колеблется с той же частотой, что и маятник 4? Почему?
- Какой маятник совершает колебания с большей амплитудой? Почему?
Под действием изменяющейся по гармоническому закону внешней силы
(например, F = Fmcosω t) в колебательной
системе создаются вынужденные колебания.
● Частота вынужденных колебаний всегда совпадает с частотой изменения
вынуждающей силы - с какой частотой изменяется внешняя сила, с такой
же частотой колеблется система.