лиса. На Земле эта сила, например, проявляется при течении рек вдоль меридианов (рис. 5). Если река течет с севера на юг, то вследствие вращения Земли с запада на восток действует сила Кориолиса и вода подмывает западный берег; если с юга на север — то восточный. В юж­ном полушарии все это происходит наоборот.

КОЛЕБАНИЯ

Колебания — очень распространенный вид механических движений, и не только механиче­ских. Колебательное движение настолько все­обще в природе, что часто его очень трудно от­делить от поступательного, особенно в движе­нии элементарных частиц (электронов, атом­ных ядер и др.). С понятием «колебания» у нас ассоциируется представление либо о волнах на поверхности озера, либо о качании маятни­ка. О волнах подробно рассказано в статьях «Свет», «Звук» и «Электромагнитное поле». Здесь мы остановимся лишь на механических колебаниях, особенно на колебаниях маятника.

Маятником называется тяжелое тело, под­вешенное на нити к одной точке. Отклоняя

Рис. 6. Маятник.

маятник от положения равновесия, мы сооб­щаем ему потенциальную энергию величиной mgh (рис. 6). Опустив маятник, мы разрешаем ему падать, но не свободно, а по круговой тра­ектории, радиус которой равен длине нити.

За время движения по участку M₁N потенциаль­ная энергия тела постепенно переходит в ки­нетическую и в точке N переход полностью завершится. Здесь скорость маятника можно определить, сравнивая его потенциальную и кинетическую энергии. Скорость в этой точке наибольшая, и тело не останавливается, а дви­гается дальше по инерции, взбираясь все выше и выше, пока снова в точке М₂ вся его кинети­ческая энергия не перейдет в потенциальную. Здесь скорость равна нулю. С этого момента все начнется сначала. Таким образом, колеба­ния маятника обусловлены периодическим пере­ходом потенциальной энергии в кинетическую, и обратно.

Время полного колебания, т. е. время, за которое тело, покинув какую-то точку траекто­рии, вернется в нее снова, называется перио­дом колебания. Наибольшее отклонение тела от точки равновесия называют амплиту­дой колебания.

При очень малых отклонениях период коле­баний не зависит от массы маятника и равен:

I=2pЦl/g.

 

В эту формулу входят ускорение силы тяже­сти g и длина маятника l. Эти величины не изменяются при преобразованиях Галилея. Зна­чит, период колебаний одного и того же маят­ника, наблюдаемый в различных инерциальных системах отсчета, есть величина инвариантная, т. е. не зависящая от движения наблюдателя.

С колебаниями мы встречаемся и тогда, когда оттянем от положения равновесия груз, укрепленный на конце пружины. В этом слу­чае потенциальная энергия сжатой пружины также периодически переходит в кинетическую энергию груза, и обратно.

Колебания маятника или колебания груза на пружине, если на них не действуют никакие силы, называются свободными или собствен­ными, в отличие от вынужденных колебаний, которые совершают эти тела, если на них дей­ствует периодически меняющаяся сила. При длительном действии периодической силы маят­ник и груз начнут, в конце концов, колебаться с частотой действия этой силы. Явление, ко­торое при этом можно наблюдать, называется резонансом.

Если периодическая сила действует на маят­ник с частотой его свободных колебаний, амп­литуда его колебаний очень быстро растет. Даже незначительных сил достаточно, чтобы сильно раскачать маятник.

31