Номер 4, страница 181 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 4. Механические колебания и волны. Параграф 22. Превращения энергии при колебаниях. Резонанс - номер 4, страница 181.

Условие.

4. Расскажите о явлении резонанса.

Решение.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний в какой-либо колебательной системе, которое возникает при приближении частоты внешнего периодического воздействия (вынуждающей силы) к определённым значениям, характерным для данной системы (резонансным частотам).

Основным условием возникновения резонанса является совпадение или близость частоты внешнего воздействия $ \omega $ и собственной (природной) частоты колебательной системы $ \omega_0 $. Каждая колебательная система (например, маятник, струна, колебательный контур) имеет свою собственную частоту, на которой она будет колебаться, если её вывести из положения равновесия и предоставить самой себе. Если на систему действует внешняя периодическая сила с частотой, равной собственной, то эта сила будет всё время действовать в такт с собственными колебаниями системы. В результате каждый новый толчок будет увеличивать энергию системы и, как следствие, амплитуду её колебаний.

График зависимости амплитуды вынужденных колебаний $\text{A}$ от частоты вынуждающей силы $ \omega $ называется резонансной кривой. Эта кривая имеет ярко выраженный пик (максимум) при частоте, близкой к собственной частоте системы $ \omega_0 $. Высота и острота этого пика зависят от сил трения (затухания) в системе. Чем меньше затухание, тем выше и острее резонансный пик, то есть тем сильнее проявляется резонанс. При отсутствии затухания амплитуда колебаний в резонансе теоретически могла бы возрасти до бесконечности.

Явление резонанса находит широкое применение, но также может быть и разрушительным.

Примеры полезного использования резонанса:
1. Акустика: резонаторные ящики музыкальных инструментов (гитар, скрипок) усиливают звук, колеблясь в резонанс со струнами.
2. Радиотехника: настройка радиоприёмника на определённую станцию основана на явлении электрического резонанса в колебательном контуре. Изменяя параметры контура, мы меняем его собственную частоту до тех пор, пока она не совпадёт с частотой волны радиостанции.
3. Медицина: магнитно-резонансная томография (МРТ) использует явление ядерного магнитного резонанса для получения изображений внутренних органов.
4. Бытовая техника: в микроволновой печи частота электромагнитного излучения подобрана так, чтобы вызывать резонанс у молекул воды, содержащихся в пище, что приводит к её быстрому нагреву.

Примеры разрушительного действия резонанса:
1. Разрушение мостов: знаменитый пример — обрушение Такомского моста в США в 1940 году, когда частота порывов ветра совпала с собственной частотой крутильных колебаний моста.
2. Разрушение зданий при землетрясениях: если частота сейсмических волн совпадает с собственной частотой колебаний здания, оно может разрушиться.
3. Военное дело: солдатам предписывается идти не в ногу при переходе через мосты, чтобы избежать резонанса.

Таким образом, резонанс — это фундаментальное физическое явление, имеющее как положительные, так и отрицательные последствия, которое необходимо учитывать при проектировании различных конструкций и устройств.

Ответ: Резонанс — это явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний, которое происходит, когда частота внешней силы совпадает с собственной частотой колебательной системы. Это происходит потому, что внешняя сила постоянно подталкивает систему в направлении её движения, накачивая в неё энергию. Эффект сильно зависит от затухания (трения) в системе: чем меньше затухание, тем сильнее резонанс. Явление имеет как полезные применения (настройка радио, музыкальные инструменты, МРТ), так и разрушительные последствия (обрушение мостов и зданий).