Номер 6, 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 6, страница 181.

Условие.

6. Может ли резонанс быть полезным? Приведите примеры, иллюстрирующие ваш ответ.

Решение.

Да, резонанс может быть полезным и широко используется в различных областях науки и техники. Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к собственной частоте колебательной системы. Хотя резонанс может иметь и разрушительные последствия (например, обрушение мостов из-за ветра или шагающих в ногу солдат), его целенаправленное использование приносит большую пользу.

Вот несколько примеров, иллюстрирующих полезное применение резонанса:

Музыкальные инструменты и акустика
В музыкальных инструментах, таких как гитара, скрипка или фортепиано, резонанс используется для усиления звука. Колебания струны сами по себе создают очень тихий звук. Однако эти колебания передаются корпусу инструмента (деке), который является резонатором. Корпус имеет свои собственные частоты колебаний. Когда частоты колебаний струны совпадают с одной из собственных частот деки, возникает резонанс, и дека начинает сильно колебаться, усиливая звук и придавая ему характерный тембр. Аналогично, речевой аппарат человека использует резонанс в ротовой и носовой полостях для формирования и усиления звуков голоса.

Радио- и телекоммуникации
Принцип работы радиоприемника основан на явлении электрического резонанса. В приемнике есть колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности $\text{L}$ и конденсатора $\text{C}$. Собственная частота этого контура определяется формулой Томсона: $ \omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}} $. Изменяя емкость конденсатора или индуктивность катушки, мы настраиваем приемник. Когда собственная частота контура совпадает с частотой электромагнитной волны от передающей станции, в контуре возникает резонанс — сила тока и напряжение резко возрастают. Это позволяет выделить сигнал нужной радиостанции из множества других и усилить его для дальнейшей обработки.

Микроволновые печи
В микроволновой печи используется явление резонанса для разогрева пищи. Печь генерирует электромагнитные волны (микроволны) с частотой около 2,45 ГГц. Эта частота близка к собственной частоте колебаний молекул воды, которые содержатся в большинстве продуктов. Под действием электромагнитного поля молекулы воды начинают совершать вынужденные колебания. Так как частота поля совпадает с их собственной частотой, наступает резонанс, и амплитуда колебаний молекул резко увеличивается. Это приводит к увеличению их внутренней энергии, то есть к быстрому нагреву продукта изнутри.

Медицина
В медицине резонанс используется в методе магнитно-резонансной томографии (МРТ). Этот метод позволяет получать детальные изображения внутренних органов и тканей. Ядра атомов водорода в теле человека помещаются в сильное магнитное поле и облучаются радиочастотными импульсами определенной частоты. При совпадении частоты импульсов с собственной частотой прецессии ядер возникает ядерный магнитный резонанс. Регистрируя отклик ядер, компьютер строит трехмерное изображение исследуемой области.

Техника и быт
Самый простой пример из быта — это раскачивание качелей. Чтобы раскачать качели до большой амплитуды, нужно прикладывать силу в такт их собственным колебаниям, то есть в резонанс с ними. В технике резонанс используется в вибромашинах для уплотнения грунта или бетона, в ультразвуковых установках для очистки деталей, сверления или сварки.

Ответ:
Да, резонанс может быть и является чрезвычайно полезным. Он находит широкое применение в таких областях, как музыка (усиление звука в инструментах), радиосвязь (настройка приемников на нужную частоту), бытовая техника (микроволновые печи), медицина (магнитно-резонансная томография) и многих других, где требуется усилить колебания или избирательно воздействовать на систему.