Номер 4, страница 101 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. Что такое резонанс?

Решение

Резонанс — это физическое явление, при котором происходит резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний в системе, когда частота внешнего периодического воздействия совпадает с собственной (или одной из собственных) частотой колебаний этой системы.

Рассмотрим это явление подробнее:

1. Собственная частота. Каждая колебательная система, будь то маятник, струна музыкального инструмента или мост, имеет свою собственную частоту колебаний ($f_0$ или круговая частота $\omega_0$). Это частота, с которой система будет колебаться, если ее вывести из положения равновесия и предоставить самой себе (свободные колебания).

2. Вынужденные колебания и вынуждающая сила. Если на систему действует внешняя периодическая сила с некоторой частотой $\text{f}$ (или $\omega$), то в системе возникают вынужденные колебания. Система начинает колебаться с частотой именно этой внешней силы.

3. Условие резонанса. Амплитуда вынужденных колебаний зависит от того, насколько близки частоты $\text{f}$ и $f_0$. Когда частота вынуждающей силы приближается к собственной частоте системы, амплитуда колебаний начинает расти. Явление резонанса наступает при условии: $f \approx f_0$ или $\omega \approx \omega_0$ При точном совпадении частот амплитуда достигает своего максимального значения.

4. Роль затухания. В реальных системах всегда присутствует трение или сопротивление, вызывающее затухание колебаний. Затухание ограничивает максимальную амплитуду при резонансе. Если бы затухания не было, амплитуда при резонансе теоретически росла бы до бесконечности, что привело бы к разрушению системы. Чем меньше затухание, тем выше и острее пик резонансной кривой (графика зависимости амплитуды от частоты).

Примеры резонанса:

- Механический резонанс: Раскачивание качелей. Чтобы сильно их раскачать, нужно прикладывать небольшие усилия в такт их собственным колебаниям. Печально известный пример — разрушение Такомского моста в США в 1940 году под действием ветра, частота порывов которого совпала с собственной частотой колебаний моста.

- Акустический резонанс: Корпус гитары или скрипки. Он спроектирован так, чтобы резонировать в широком диапазоне частот, усиливая звук, создаваемый колебанием струн.

- Электромагнитный резонанс: Настройка радиоприемника на нужную станцию. Поворачивая ручку настройки, мы изменяем собственную частоту колебательного контура приемника. Когда она совпадает с частотой радиостанции, сигнал резко усиливается, и мы слышим передачу. Микроволновая печь использует резонанс для нагрева пищи, заставляя молекулы воды в ней интенсивно колебаться.

Ответ: Резонанс — это явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний, которое наблюдается при совпадении частоты внешнего периодического воздействия с собственной частотой колебательной системы.