Превращение энергии при колебаниях, вынужденные колебания, резонанс: ЕГЭ по физике

Тема охватывает превращения энергии при свободных гармонических колебаниях (переход кинетической энергии в потенциальную и обратно при сохранении полной механической энергии в идеальной системе), условия возникновения и характеристики вынужденных колебаний, а также явление резонанса — резкое…

Что нужно знать

• При свободных гармонических колебаниях без трения полная механическая энергия сохраняется: E = Eк + Eп = const.
• Кинетическая энергия максимальна в положении равновесия, потенциальная — при максимальном отклонении; в крайних точках Eк = 0, Eп = max, в положении равновесия Eп = 0, Eк = max.
• Для пружинного маятника Eп = kx²/2, Eк = mv²/2; для математического маятника Eп = mgh, где h — высота подъёма.
• При наличии трения (затухающие колебания) полная механическая энергия постепенно уменьшается, переходя во внутреннюю энергию.
• Вынужденные колебания происходят под действием внешней периодической силы; их частота равна частоте внешней силы, а амплитуда зависит от соотношения частот и от трения.
• Резонанс наступает, когда частота внешней силы совпадает с собственной частотой колебательной системы; при этом амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает.

Термины и понятия

• Свободные колебания: колебания, происходящие в системе после выведения её из положения равновесия без внешнего периодического воздействия.
• Вынужденные колебания: колебания, происходящие под действием внешней периодической силы.
• Резонанс: явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты внешней силы с собственной частотой системы.
• Собственная частота: частота свободных колебаний системы, определяемая её параметрами (жёсткостью и массой для пружинного маятника, длиной…
• Полная механическая энергия: сумма кинетической и потенциальной энергий системы.
• Затухающие колебания: колебания, амплитуда которых уменьшается со временем из-за потерь энергии (трения).
• Резонансная кривая: график зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты внешней силы.

Частые ошибки

• Путают максимальную кинетическую энергию с максимальной потенциальной, считая, что обе максимальны одновременно.
• Забывают, что при свободных колебаниях без трения полная механическая энергия сохраняется, и пытаются учесть «затухание» там, где его нет.
• Ошибочно считают, что при вынужденных колебаниях частота равна собственной частоте системы; на самом деле она равна частоте внешней силы.
• Неверно определяют условие резонанса: думают, что резонанс возникает при любой большой частоте, а не при совпадении с собственной частотой.

Как пройти тему

В курсе «Физика» тема «Превращение энергии при колебаниях, вынужденные колебания, резонанс» занимает 1 занятие по 40 минут: репетитор объясняет материал, задаёт вопросы как на экзамене, разбирает ваши ответы и в конце ставит оценку. Это обзор темы, полный разбор — в занятии. ИИ может ошибаться: проверяйте важное по учебнику. Занятия не заменяют живого репетитора и не гарантируют результат на экзамене.

Другие темы раздела

• Кинематика: равномерное прямолинейное движение, скорость, перемещение, путь
• Кинематика: равноускоренное прямолинейное движение, ускорение, графики зависимости кинематических величин от времени
• Кинематика: свободное падение тел, движение тела, брошенного вертикально и под углом к горизонту
• Кинематика: равномерное движение по окружности, линейная и угловая скорость, центростремительное ускорение
• Динамика: законы Ньютона, инерциальные системы отсчёта, принцип относительности Галилея
• Динамика: сила, масса, сложение сил, сила упругости и закон Гука

← Предыдущая тема: Механические колебания: гармонические колебания, период, частота, амплитуда, фаза, математический и пружинный маятники
Следующая тема: Механические волны: длина волны, скорость распространения, звук

Все темы: ЕГЭ по физике