Номер 7, страница 30 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

7. Что такое резонанс? Приведите примеры полезного и вредного влияния резонанса.

Что такое резонанс?

Резонанс (от лат. resono — «откликаюсь») — это физическое явление, которое заключается в резком увеличении амплитуды вынужденных колебаний в какой-либо колебательной системе. Это происходит, когда частота внешнего периодического воздействия (вынуждающая частота, $f_{вын}$) совпадает или становится очень близкой к одной из собственных (резонансных) частот системы ($f_{собст}$).

Любой объект, способный совершать колебания (например, маятник, струна, мост, электрический контур), имеет свою собственную частоту колебаний. Если на эту систему начать действовать с внешней силой, частота которой равна собственной частоте системы ($f_{вын} \approx f_{собст}$), то система начинает очень эффективно поглощать энергию от внешнего источника. Это приводит к быстрому и значительному росту амплитуды ее колебаний. Величина максимальной амплитуды при резонансе ограничивается только силами трения или сопротивления в системе (демпфированием).

Ответ: Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды колебаний системы, когда частота внешнего воздействия совпадает с её собственной частотой колебаний.

Примеры полезного влияния резонанса

• Музыкальные инструменты: Дека (корпус) гитары или скрипки резонирует с колебаниями струн, что усиливает звук и придает ему тембр. В духовых инструментах (флейта, труба) резонирует столб воздуха, создавая звук определенной высоты.
• Радиосвязь и телевидение: Настройка радиоприемника на определенную станцию — это процесс изменения собственной частоты его колебательного контура до совпадения с частотой волны радиостанции. Благодаря резонансу сигнал именно этой станции многократно усиливается, а остальные игнорируются.
• Микроволновая печь: Частота микроволнового излучения в печи близка к резонансной частоте колебаний молекул воды. Это заставляет молекулы воды в пище интенсивно колебаться, что приводит к быстрому нагреву продуктов изнутри.
• Качели: Чтобы раскачаться на качелях, человек прикладывает усилия в такт с их собственными колебаниями, т.е. входит в резонанс, что позволяет достичь большой амплитуды с минимальными усилиями.
• Магнитно-резонансная томография (МРТ): В медицине используется явление ядерного магнитного резонанса для получения послойных изображений внутренних органов и тканей человека.

Ответ: Полезное применение резонанса включает усиление звука в музыкальных инструментах, настройку радиоприемников, нагрев в микроволновых печах и медицинскую диагностику (МРТ).

Примеры вредного влияния резонанса

• Разрушение конструкций: Мосты, высотные здания и другие сооружения имеют собственные частоты колебаний. Если частота внешних сил (сильный ветер, движение транспорта, сейсмические толчки при землетрясении) совпадает с собственной частотой конструкции, может возникнуть резонанс, приводящий к катастрофическому росту амплитуды колебаний и разрушению. Известный пример — обрушение Такомского моста в США в 1940 году.
• Вибрации в технике: Вращающиеся части машин и двигателей могут создавать вибрации. Если их частота совпадет с собственной частотой какой-либо детали или всего агрегата, резонанс вызовет сильную тряску, повышенный шум, быстрый износ и поломку механизма. Для борьбы с этим явлением применяют балансировку колес, амортизаторы и демпферы.
• Опасность для транспорта: В авиации резонансные вибрации крыльев или хвоста самолета ("флаттер") могут привести к разрушению воздушного судна в полете. В судостроении резонанс корпуса с работой двигателя может вызвать сильную и неприятную вибрацию.
• Марш "в ногу": Солдатам запрещено маршировать строевым шагом по мостам, так как частота их шагов может совпасть с собственной частотой моста и вызвать его разрушение.

Ответ: Вредное влияние резонанса проявляется в разрушении мостов и зданий под действием ветра или землетрясений, а также в возникновении опасных вибраций в машинах, механизмах и транспортных средствах, что приводит к их износу и поломкам.