Физика 9 класс учебник Перышкин, Гутник - страница 146

   Система «Шарик на горизонтальной поверхности» (а)
   Если шарик сдвинуть с места, он будет продолжать двигаться по инерции и не вернется в исходное положение. Отсутствует сила, которая бы его возвращала. Следовательно, эта система не может совершать колебания.
   Система «Шарик на дне чаши» (б)
   Когда шарик отрывается от дна чаши, сила тяжести приобретает компонент, направленный к центру чаши (где находится положение равновесия). Эта сила стремится вернуть шарик обратно, вызывая его колебания. Таким образом, эта система является колебательной.
   Система «Шарик на выпуклой поверхности» (в)
   Если шарик немного сдвинуть с вершины выпуклой поверхности, он скатится вниз и не вернется. Положение равновесия на вершине является неустойчивым. Поэтому система не может колебаться.    Система «Тонкая ветка дерева» (г)
   При отклонении ветки от ее естественного положения, внутренние силы упругости древесины пытаются вернуть ее в исходное состояние. Это приводит к тому, что ветка начинает совершать колебательные движения вокруг своего положения равновесия. Система является колебательной.
   Система «Поршень в цилиндре с газом» (д)
   Если поршень сместить из его равновесного положения (например, сжать газ), это изменит давление газа. Возникнет сила, которая будет стремиться вернуть поршень в исходное положение. При отсутствии существенного трения поршень будет совершать колебания. Эта система является колебательной.
   Система «Пружинный маятник» (е)
   Когда груз пружинного маятника отклоняется от положения равновесия, возникает сила упругости пружины, направленная к этому положению. Эта сила заставляет груз колебаться. Система является колебательной.

   Критерий для колебательной системы
   Для того чтобы система могла совершать колебания, необходимо выполнение следующих условий:
• Наличие устойчивого положения равновесия. Система должна иметь точку, в которой она находится в покое и стремится оставаться.
• Наличие возвращающей силы. При любом отклонении от положения равновесия должна возникать сила, которая направлена обратно к этому положению.
• Инерционное движение через равновесие. Возвращающая сила должна приводить к тому, что система проходит положение равновесия, а затем, по инерции, отклоняется в другую сторону, после чего процесс повторяется.

   Итог
   Колебательные системы: б, г, д, е.
   Не колебательные системы: а, в.

   Основное требование к колебательной системе
Система должна обладать устойчивым состоянием равновесия, и при любом отклонении от него должна возникать сила, стремящаяся вернуть систему в это состояние.

а) Когда диск поворачивают, резиновые шнуры натягиваются (скручиваются). Это натяжение создает силу упругости в шнурах, которая стремится вернуть их в первоначальное положение. Именно эта сила, действующая на диск со стороны шнуров, заставляет его колебаться.

б) Нет, эта сила не возникла бы. Чтобы в шнурах появилась сила упругости, их нужно деформировать (скрутить). Вес диска обеспечивает его плотное прилегание к шнурам, позволяя передавать усилие при повороте. Без веса диска шнуры могли бы просто проскальзывать при попытке их повернуть, и тогда они бы не скрутились, а значит, сила упругости не возникла бы.

в) Колебательную систему составляют металлический диск и три резиновых шнура. Диск совершает колебания, а шнуры выступают в роли элемента, создающего возвращающую силу (силу упругости).

Рассмотрим общее между движениями
   Оба движения являются механическими движениями тел.
   В обоих случаях на тело действует сила натяжения нити (или троса), которая направлена вдоль нити к точке подвеса (центру вращения/колебаний).
   В обоих случаях движение происходит под действием сил, одна из которых (сила натяжения) играет ключевую роль в формировании траектории.
   Оба движения могут быть периодическими (повторяющимися через определённый промежуток времени).

   Рассмотрим различия между движениями
   Траектория
   У подвешенного груза (маятника) траектория движения — дуга окружности (часть окружности), движение колебательное (вперёд-назад относительно положения равновесия).
   У шара молота траектория — полная окружность (или несколько окружностей), движение вращательное.
   Характер движения
   Маятник совершает колебательное движение: он движется от одного крайнего положения к другому, проходя через положение равновесия, затем в обратном направлении. Скорость маятника меняется по модулю и направлению, в крайних точках скорость равна нулю.
   Шар молота совершает равномерное (или почти равномерное) движение по окружности с постоянной по модулю скоростью (если пренебречь сопротивлением воздуха и другими потерями).
   Силы
   В колебательном движении маятника возвращающая сила (составляющая силы тяжести) меняется в зависимости от положения груза.
   В движении молота центростремительная сила (сила натяжения троса) в основном постоянна по модулю для поддержания равномерного вращения.
   Энергия
   В колебательном движении происходит постоянное превращение потенциальной энергии в кинетическую и обратно.
   В равномерном движении по окружности кинетическая энергия остаётся практически постоянной (если скорость постоянна), а потенциальная энергия может меняться только при изменении высоты, что не является основным аспектом движения молота.