Колебания каких из приведенных ниже тел будут свободными игла швейной машины

Обновлено: 05.05.2024

Колебание поршня в цилиндре это свободное колебание

2017-10-05
Расположенный горизонтально цилиндрический сосуд, заполненный идеальным газом, разделен поршнем, который может двигаться без трения. В равновесии поршень находится посредине цилиндра. При малых смещениях из положения равновесия поршень совершает колебания. Найти зависимость частоты этих колебаний от температуры, считая процесс изотермическим.

В положении равновесия давление $p$ на поршень слева и справа одинаково. Поскольку объем газа слева и справа одинаков, а температура $T$ постоянна, из уравнения Менделеева — Клапейрона

следует, что количество газа $\nu$ одинаково по обе стороны от поршня. Отметим, что химический состав газов может быть различным.

рис.1
Пусть поршень сместился из положения равновесия, например влево, на малую величину $x$, так что $Sx \ll V$, где $S$ — площадь поршня (рис. 1). Поскольку температура по условию не меняется, то

$(p + \Delta p_ )(V — Sx) = (p — \Delta p_ ) (V + Sx)$.

Раскрыв скобки и приведя подобные члены, получим

$( \Delta p_ + \Delta p_ ) V — ( \Delta p_ — \Delta p_ ) Sx = 2pSx$.

Второе слагаемое слева много меньше первого не только потому, что $Sx \ll V$, но и вследствие того, что множителем при $V$ стоит сумма двух близких величин $\Delta p_ $ и $\Delta p_ $, а множителем при $Sx$ — их разность. Пренебрегая вторым слагаемым, получаем

$\Delta p_ + \Delta p_ = \frac x$.

Результирующая сила, действующая на поршень, равна

Знак минус означает, что сила направлена в сторону, противоположную направлению смещения поршня, т. е. к положению равновесия. Под действием силы, пропорциональной смещению, поршень массой $M$ будет совершать гармонические колебания с частотой $\omega$, определяемой соотношением

При решении задачи мы молчаливо предполагали, что масса газа много меньше массы поршня, так что кинетической энергией макроскопического движения газа при колебаниях поршня можно пренебречь но сравнению с кинетической энергией поршня. Подумайте, где использовано это условие.

Выразив $p$ из уравнения Менделеева — Клапейрона (1), получим

Таким образом, частота колебаний поршня пропорциональна $\sqrt $, ибо коэффициент при $T$ в формуле (3) не зависит от температуры, если пренебречь тепловым расширением сосуда.

Подумайте теперь, какие условия должны выполняться, чтобы процесс действительно был изотермическим. Для того чтобы температура газа в процессе колебаний не изменялась, необходим хороший тепловой контакт с большим тепловым резервуаром — термостатом, имеющим постоянную температуру. Что значит хороший тепловой контакт? Это значит, что время установления термодинамического равновесия между газом в сосуде и термостатом должно быть много меньше периода колебаний поршня. Тогда можно считать, что газ в каждый момент имеет ту же температуру, что и термостат. Если, наоборот, период колебаний окажется много меньше времени установления термодинамического равновесия между газом и термостатом, то можно считать, что колебания поршня происходят практически без обмена теплотой с термостатом. В этом случае процесс можно считать адиабатическим, несмотря на отсутствие тепловой изоляции сосуда с поршнем. Оказывается, что зависимость частоты колебаний от температуры при этом будет такой же, как и в изотермическом случае, только коэффициент в формуле (3) умножится на число, большее единицы. Увеличение частоты колебаний при адиабатическом процессе можно объяснить, сравнивая $p-V$ — диаграммы изотермического и адиабатического процессов идеального газа.

Отметим, что приведенное решение в обоих случаях имеет смысл, только если время установления теплового равновесия в самом газе много меньше периода колебаний поршня, так как в противном случае вообще теряют смысл такие равновесные макроскопические характеристики газа, как давление и температура. Другими словами, по отношению к самому газу процесс должен быть квазистатическим.

Колебательное движение

Определение и примеры колебательного движения

Колебательное движение наряду с поступательным и вращательным является одним из видов механического движения.

Физическая система (или тело), в которой при отклонении от положения равновесия возникают колебания, называется колебательной системой. На рис.1 представлены примеры колебательных систем: а) нить + шарик + Земля; б) груз + пружина; в) натянутая струна.

Рис.1. Примеры колебательных систем: а) нить + шарик + Земля; б) груз + пружина; в) натянутая струна

Если в колебательной системе отсутствуют потери энергии, связанные с действием сил трения, то колебания будут продолжаться бесконечно долго. Такие колебательные системы называются идеальными. В реальных колебательных системах всегда существуют потери энергии, обусловленные силами сопротивления, в результате чего колебания не могут продолжаться бесконечно долго, т.е. являются затухающими.

Свободные колебания – это колебания, возникающие в системе под действием внутренних сил. Вынужденные колебания – колебания, возникающие в системе под действием внешней периодической силы.

Условия возникновения свободных колебаний в системе

система должна находиться в положении устойчивого равновесия: при отклонении системы от положения равновесия должна возникать сила, стремящаяся вернуть систему в положение равновесия — возвращающая сила;
наличие у системы избыточной механической энергии по сравнению с ее энергией в положении равновесия;
избыточная энергия, полученная системой при смещении ее из положения равновесия, не должна быть полностью израсходована на преодоления сил трения при возвращении в положение равновесия, т.е. силы трения в системе должны быть достаточно малы.

Примеры решения задач

Задание

Какие из приведенных движений являются примером механических колебаний:
а) движение крыльев стрекозы;
б) движение парашютиста, опускающегося на землю;
в) движение Земли вокруг Солнца;
г) движение травы на ветру;
д) движение шарика на дне сферической чаши;
ж) движение качелей? В каких случаях колебания являются вынужденными и почему?

Ответ

Примером механических колебаний являются следующие случаи: а) движение крыльев стрекозы; г) движение травы на ветру; д) движение шарика на дне сферической чаши; ж) движение качелей. Во всех этих случаях тела совершают движения, повторяющиеся во времени, проходя одни и те же положения в прямом и в обратном порядке. Земля, оборачиваясь вокруг Солнца, совершает повторяющееся движение, однако она не меняет направление своего движения, поэтому случай в) движение Земли вокруг Солнца; не является примером механических колебаний.

Вынужденными колебаниями являются случаи а) движение крыльев стрекозы; и г) движение травы на ветру. В обоих случаях колебания совершаются под действием внешней силы (в первом случае – силы мышц стрекозы, во втором случае – силы ветра). В случае ж) движение качелей колебания будут вынужденными, если время от времени раскачивать качели. Если же вывести качели из положения равновесия и отпустить, колебания будут свободными.

К каким колебаниям — свободным или вынужденным — относятся следующие явления : движение поршня в двигателе внутреннего сгорания ; вибрация стола, вызванная падением на него тяжелого предмета ; перемещ?

К каким колебаниям — свободным или вынужденным — относятся следующие явления : движение поршня в двигателе внутреннего сгорания ; вибрация стола, вызванная падением на него тяжелого предмета ; перемещение иглы в работающей швейной машине ; вертикальные перемещения поплавка на волнах ; колебания струны, возникшие после однократного воздействия?

Ну, я думаю надо у Татьяны Александровны спросить.

Можно ли назвать свободными колебания :а) поплавка на волнах ?

Можно ли назвать свободными колебания :

Б)струны скрипки, звучащей под смычком?

В)грузовика, едущего по ухабам?

Колебания каких из приведенных ниже тел будут свободными : а)поршень в цилиндре двигателя ; б)игла швейной машины ; в)ветка дерева после того, как с неё слетела птица ; г)струна музыкального инструмен?

Колебания каких из приведенных ниже тел будут свободными : а)поршень в цилиндре двигателя ; б)игла швейной машины ; в)ветка дерева после того, как с неё слетела птица ; г)струна музыкального инструмента ; д)чаши рычажных весов ; е)мембрана телефона при разговоре.

1. Какое из перечисленных ниже движений является механическим колебанием?

А) движение груга на пружине б)движение мяча падающего на землю в)движение иглы швейной машины.

(возможно несколько вариантов) 2.

Какиеиз перечисленных ниже колебаний являются свободными?

А) колебания груза, подвешенного к пружине, после однократного его отклонения от положения равновесия.

Б)колебания диффузора громкоговорителя во время работы приемника в) колебания груза на нити, один раз отведенного от положения равновесия и отпущенного.

В чём отличие свободных колебаний от вынужденных ?

Частота колебаний иглы швейной машины равна 10Гц ?

Частота колебаний иглы швейной машины равна 10Гц .

Определите период колебания иглы.

Игла швейной машины делает 600 полных колебаний в одну минуту?

Игла швейной машины делает 600 полных колебаний в одну минуту.

Какова частота колебаний иглы, выраженная в герцах?

Какое из перечисленных ниже явлений являются механическими колебаниями?

1) падение яблока с ветки на землю

2) движение Луны вокруг Земли

3) движение иглы швейной машины во время работы

4) продолжение движения автомобиля после нажатия тормоз.

Игла электрической швейной машины в секунду совершает 10 полных колебаний?

Игла электрической швейной машины в секунду совершает 10 полных колебаний.

Определить период колебаний иглы.

Какое явление, из указанных ниже, относят к тепловым явлениям?

А) падение камней б)колебание струны гитары в) закипание воды г) поворот стрелки компаса.

Укажите правильный ответ : Какие из колебаний является затухающими?

А. Вынужденные колебания и автоколебания.

В. Только свободные колебания.

Г. Только вынужденные колебания.

Вы находитесь на странице вопроса К каким колебаниям — свободным или вынужденным — относятся следующие явления : движение поршня в двигателе внутреннего сгорания ; вибрация стола, вызванная падением на него тяжелого предмета ; перемещ? из категории Физика. Уровень сложности вопроса рассчитан на учащихся 5 — 9 классов. На странице можно узнать правильный ответ, сверить его со своим вариантом и обсудить возможные версии с другими пользователями сайта посредством обратной связи. Если ответ вызывает сомнения или покажется вам неполным, для проверки найдите ответы на аналогичные вопросы по теме в этой же категории, или создайте новый вопрос, используя ключевые слова: введите вопрос в поисковую строку, нажав кнопку в верхней части страницы.

Изменение давления на 1 мм рт ст происходит с изменением высоты примерно 12 м H = (760 — 670) * 12 = 1080 м.

Контрольная работа по физике за 1 полугодие

В данном блоке заданий необходимо выбрать один из предложенных вариантов ответа и обосновать свой выбор.

Как называется движение, при котором траектория движения тела повторяется через одинаковые промежутки времени?

А. Поступательное Б. Равномерное В. Свободное падение Г.Вечное движение

2. В чем принципиальное отличие колебаний самого простого маятника, шарика на нити, от колебаний маятника в часах?

А. Шарик на нити колеблется под действием внутренних сил – свободные колебания, а маятник в часах – под действием внешних периодически изменяющихся сил – вынужденные колебания. Б. Шарик на нити колеблется под действием внешних сил – свободные колебания, а маятник в часах – под действием внутренних периодически из меняющихся сил – вынужденные колебания. В. Период колебаний шарика на нити значительно больше периода колебаний маятника в часах. Г. Колебания шарика на нити быстро прекращаются, а маятник в часах колеблется неограниченно долго Д. Шарику на нити для возникновения колебаний нужно сообщить энергию, маятнику в часах внешняя энергия не нужна

3. Какие из перечисленных ниже условий необходимы для возникновения свободных механических колебаний тела?

1) Существование одного положения равновесия тела в пространстве, в котором равнодействующая всех сил равна нулю

2) При смещении тела из положения равновесия равнодействующая всех сил должна быть отлична от нуля и направлена к положению равновесия

3) Силы трения в системе должны быть малы

4) Должна существовать внешняя сила, периодически действующая на тело

А. Только 1 Б. Только 2 В. Только 4 Г. Только 4 Д. Условия 1 и 2 Е. Условия 1,2 и 3 Ж. Условия 1,2,3 и 4

4. При свободных колебаниях шар на нити проходит путь от левого крайнего положения до положения равновесия за 0,2 с. Каков период колебаний шара?

А. 0,2 с Б. 0,4 с В. 0,8 с Г. 2,5 с Д. 5 с

5. Мальчик, качающийся на качелях, проходит положение равновесия 30 раз в минуту. Какова частота колебаний?

А. 30 Гц Б.15 Гц В. 60 Гц Г. 0,5 Гц Д. 1 Гц Е. 0,25 Гц

6. Тело совершает свободные колебания вдоль прямой ОХ, максимальное смещение тела относительно положения равновесия 10 см, за одно колебание тело проходит путь 40 см. Какова амплитуда колебаний?

А. 5 см Б. 10 см В. 20 см Г. 40см

7. Шар на нити совершает 40 колебаний в течении двух минут. Определите период колебаний шара.

А. 40 с Б. 120 с В.3 с Г. 4 с Д. 10 с Е. 1,5 с

8. Амплитуда колебаний груза на пружине равна 10 см, частота 0,5 Гц. Какой путь пройдет груз за 2 с?

А. 10 см Б. 20 см Г. 30 см Д. 40 см Е. 60 см Ж. 5 см

1.Железнодорожный вагон массой 35 т подъезжает к стоящему на том же пути неподвижному вагону массой 28 т и автоматически сцепляется с ним. После сцепки вагоны движутся прямолинейно со скоростью 0,5 м/с. Какова была скорость вагона массой 35 т перед сцепкой?

2.Среднее расстояние между центрами Земли и Луны равно 60 земным радиусам. А масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. На каком расстоянии от центра Земли тело притягивается к Земле и Луне с одинаковой силой?

Контрольная работа по физике за 1 полугодие

В данном блоке заданий необходимо выбрать один из предложенных вариантов ответа и обосновать свой выбор.

1.Каков основной отличительный признак механических колебаний?

А. Изменение скорости тела с течением времени Б. Изменение ускорения тела с течением времени В. Повторение движения тела через одинаковые промежутки времени Г. Периодическое изменение скорости тела без воздействия на него сил Д. Периодическое изменение скорости и ускорения тела без воздействия на него сил

2. В чем принципиальное отличие колебаний груза на пружине от колебаний поршня в цилиндре мотора автомобиля?

А. Груз на пружине колеблется под действием внешних сил – свободные колебания, а поршень в цилиндре мотора автомобиля – под действием внутренних периодически из меняющихся сил – вынужденные колебания. Б. Груз на пружине колеблется под действием внутренних сил – свободные колебания, а поршень в цилиндре мотора автомобиля – под действием внешних периодически изменяющихся сил – вынужденные колебания В. Колебания груза на пружине быстро прекращаются, а поршень в цилиндре мотора автомобиля колеблется неограниченно долго Г. Грузу на пружине для возникновения колебаний нужно сообщить энергию, поршню в цилиндре мотора автомобиля внешняя энергия не нужна. Д.Период колебаний груза на пружине значительно больше периода колебаний поршня в цилиндре мотора автомобиля

3. Какие из перечисленных ниже условий необходимы для возникновения вынужденных механических колебаний тела?

3) Силы трения в системе должны быть малы

4) Должна существовать внешняя сила, периодически действующая на тело

А. Только 1 Б. Только 2 В. Только 4 Г. Только 4 Д. Условия 1 и 2 Е. Условия 1,2 и 3 Ж. Условия 1,2,3 и 4

4. При свободных колебаниях груз на пружине проходит путь от верхнего крайнего положения до нижнего крайнего положения за 0,4 с. Каков период колебаний груза?

А. 5 с Б. 0,2 с В. 0,4 с Г. 0,6 с Д. 2,5 с Е. 0,8 с

5. Мальчик, качающийся на качелях, проходит положение равновесия 60 раз в минуту. Какова частота колебаний?

А. 30 Гц Б.120 Гц В. 60 Гц Г. 0,5 Гц Д. 1 Гц Е. 2 Гц

6. Тело совершает свободные колебания вдоль прямой О Y , максимальное смещение тела относительно положения равновесия 5 см, за одно колебание тело проходит путь 20 см. Какова амплитуда колебаний?

А. 5 см Б. 10 см В. 20 см Г. 40см

7. Шар на нити совершает 20 колебаний. Определите время колебаний шара, если известно что период колебаний составляет 4 с.

А. 40 с Б. 120 с В.80 с Г. 20 с Д. 10 с Е. 5 с

8. Игла швейной машины делает 600 полных колебаний в одну минуту. Какова частота колебаний иглы, выраженная в герцах?

А. 10 Гц Б. 20 Гц В. 5 Гц Д. 60 Гц Е. 100 Гц Ж. 15 Гц

1.С лодки, движущейся со скоростью 2 м/с, человек бросает весло массой 5 кг с горизонтальной скоростью 8 м/с противоположно движению лодки. С какой скоростью стала двигаться лодка после броска, если её масса вместе с массой человека равна 200 кг?

2.Радиус Марса составляет 0,53 радиуса Земли, а масса – 0,11 массы Земли. Груз какой массы мог бы поднять человек, находящийся на полюсе Марса, если на Земле он в состоянии поднять груз массой 100 кг?

Читайте также: