Номер 37.2, страница 138 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 5. Механические колебания и волны. Параграф 37. Звуковые волны - номер 37.2, страница 138.

Условие.

37.2 [899] Почему струны, предназначенные для создания низких звуков (басовые), оплетают спиралью из проволоки?

Решение 3.

Решение 4.

Решение 5.

Решение 6.

Решение 7.

Решение

Частота основного тона, издаваемого струной, зависит от ее физических характеристик: длины, силы натяжения и линейной плотности. Эта зависимость описывается формулой для основной частоты колебаний натянутой струны:

$\nu = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$

В этой формуле $\nu$ – это частота колебаний, которая определяет высоту звука (чем ниже частота, тем ниже звук); $L$ – это длина колеблющейся части струны; $T$ – сила натяжения; $\mu$ – линейная плотность, то есть масса, приходящаяся на единицу длины струны ($\mu = m/L$).

Для того чтобы получить низкий звук (басовый), необходимо уменьшить частоту $\nu$. Анализируя формулу, мы видим три способа добиться этого: увеличить длину струны $L$, уменьшить ее натяжение $T$ или увеличить ее линейную плотность $\mu$.

Рассмотрим эти способы в контексте музыкального инструмента:

1. Увеличение длины $L$. Этот метод используется (например, басовые струны рояля длиннее остальных), но он ограничен габаритами инструмента. Сделать гитару или скрипку значительно длиннее непрактично.

2. Уменьшение натяжения $T$. Этот способ непригоден, так как сильно ослабленная струна звучит глухо, «вяло» и невыразительно. Для качественного, яркого звука требуется достаточно сильное натяжение.

3. Увеличение линейной плотности $\mu$. Это наиболее практичный и эффективный способ. Увеличивая массу струны при сохранении ее длины и натяжения, мы понижаем частоту ее колебаний.

Оплетка струны спиралью из проволоки — это технологический прием, который позволяет значительно увеличить ее массу и, соответственно, линейную плотность $\mu$. Использование толстой цельной проволоки сделало бы струну слишком жесткой, что отрицательно сказалось бы на качестве звука (он был бы бедным обертонами). Оплетка же вокруг тонкого и гибкого сердечника позволяет добиться необходимой массы, сохраняя при этом достаточную гибкость для полноценных колебаний и богатого тембра.

Ответ: Струны для низких звуков оплетают спиралью из проволоки для того, чтобы увеличить их линейную плотность (массу на единицу длины). Согласно формуле частоты колебаний струны, увеличение линейной плотности приводит к понижению частоты звука при сохранении той же длины и силы натяжения. Этот метод позволяет получать низкие звуки на струнах приемлемой длины и гибкости, сохраняя при этом высокое качество звучания.