Номер 35.47, страница 133 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 35. Колебания. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 35.47, страница 133.

35.47 [887] Вода, которую мальчик несёт в ведре, начинает сильно расплёскиваться. Мальчик меняет темп ходьбы или просто «сбивает ногу», и расплёскивание прекращается. Почему так происходит?

Решение

Данное явление объясняется физическим явлением резонанса.

1. Колебательная система: Вода в ведре представляет собой колебательную систему. Как и у любой колебательной системы (например, маятника), у воды в ведре есть своя собственная частота колебаний. Обозначим ее $ν_0$. Эта частота зависит от геометрических размеров ведра (его диаметра) и высоты уровня воды.

2. Вынужденные колебания: Ходьба мальчика заставляет ведро, а вместе с ним и воду, совершать периодические движения. Эти движения являются внешней, или вынуждающей, силой, которая действует на воду с определенной частотой. Эта частота, обозначим ее $ν$, равна частоте шагов мальчика.

3. Резонанс: Когда мальчик идет с определенным темпом, может случиться так, что частота его шагов $ν$ совпадет с собственной частотой колебаний воды $ν_0$. Это условие называется резонансом: $ν = ν_0$. При резонансе происходит резкое увеличение амплитуды (размаха) колебаний. Вода начинает раскачиваться все сильнее и сильнее, пока не начинает выплескиваться из ведра.

4. Выход из резонанса: Когда мальчик меняет темп ходьбы (ускоряется или замедляется) или «сбивает ногу» (делает шаги неритмичными), он изменяет частоту $ν$ вынуждающей силы. В результате частота шагов перестает совпадать с собственной частотой колебаний воды ($ν \neq ν_0$). Условие резонанса нарушается, амплитуда колебаний воды резко уменьшается, и она перестает расплескиваться.

Ответ: Сильное расплескивание воды происходит из-за явления резонанса, которое наступает, когда частота шагов мальчика совпадает с собственной частотой колебаний воды в ведре. Чтобы прекратить расплескивание, мальчик меняет темп ходьбы, тем самым изменяя частоту вынуждающей силы и выводя систему из состояния резонанса.