§ 32 Затухающие и вынужденные колебания
В идеальной ситуации маятник мог бы колебаться бесконечно долго с неизменной амплитудой — если бы энергия в системе не терялась. Однако в реальности часть механической энергии неизбежно расходуется на преодоление трения и сопротивления среды, превращаясь во внутреннюю энергию.
Именно поэтому амплитуда постепенно уменьшается, и спустя некоторое время колебания полностью исчезают. Такие колебания называют затухающими. Чем сильнее сопротивление окружающей среды, тем быстрее уменьшается амплитуда: например, в воде затухание происходит значительно быстрее, чем в воздухе.
Любые свободные колебания в реальных условиях являются затухающими.
Чтобы колебания не исчезали, необходимо постоянно восполнять теряемую энергию. Это осуществляется за счёт внешней силы, изменяющейся периодически. Пример — человек, который подталкивает качели в нужный момент. Такие колебания называют вынужденными, а приложенную к системе силу — вынуждающей.
Пока действует вынуждающая сила, колебания продолжаются. Амплитуда вынужденных колебаний сначала растёт, затем стабилизируется, когда энергия, приходящая извне, уравновешивает потери на трение.
Важно, что частота установившихся вынужденных колебаний всегда совпадает с частотой внешней силы, а сами эти колебания считаются незатухающими, поскольку их поддерживает внешний источник энергии.