Совпадение или противоположность направлений смещения $x(t)$ и вынуждающей силы $F(t)$ определяется \textbf{разностью фаз $\varphi$} между ними.
Уравнение установившихся вынужденных колебаний осциллятора под действием гармонической силы $F(t) = F_0 \cos(\omega t)$ имеет вид: $$x(t) = A \cos(\omega t - \varphi)$$
При низких частотах и малом затухании: \begin{itemize} \item Знаменатель в формуле тангенса положителен: $\omega_0^2 - \omega^2 > 0 \implies \operatorname{tg}\varphi > 0$. \item Фазовый сдвиг находится в пределе $0 \le \varphi < \pi/2$. \item В пределе медленного изменения силы ($\omega \ll \omega_0$) сдвиг фаз $\varphi \to 0$. \end{itemize
\textbf{Физический смысл:} Система успевает подстраиваться под медленно меняющуюся силу. Основную роль играет \textbf{упругая сила} (квазиупругая сила осциллятора $k x$), которая компенсирует внешнюю силу в любой момент времени: $$F(t) \approx k x(t) \implies x(t) \approx \frac{F(t)}{k}$$
Так как жесткость $k > 0$, вектор смещения $x(t)$ направлен в ту же сторону, что и сила $F(t)$.
---
\subsection*{2. Высокие частоты ($\omega > \omega_0$)}
При высоких частотах: \begin{itemize} \item Знаменатель в формуле тангенса отрицателен: $\omega_0^2 - \omega^2 < 0 \implies \operatorname{tg}\varphi < 0$. \item Сдвиг фаз лежит в интервале $\pi/2 < \varphi \le \pi$. \item В пределе быстро меняющейся силы ($\omega \gg \omega_0$) сдвиг фаз $\varphi \to \pi$. \end{itemize
\textbf{Физический смысл:} При высоких частотах определяющую роль начинает играть \textbf{инерция тела} (масса $m$). Из второго закона Ньютона при $\omega \gg \omega_0$ упругой силой и трением можно пренебречь по сравнению с ускорением: \begin{align*} m a(t) \approx F(t) &\implies -m \omega^2 x(t) \approx F(t) \[6pt] &\implies x(t) \approx -\frac{F(t)}{m\omega^2} \end{align*}
Из-за инерции ускорение $a(t) = -\omega^2 x(t)$ оказывается сонаправлено с силой $F(t)$, а значит, само смещение $x(t)$ оказывается направлено \textbf{противоположно} внешней силе (соответствует сдвигу фаз $\varphi = \pi$).