Номер 37.35, страница 140 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 37. Звуковые волны. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 37.35, страница 140.

37.35 [910] Почему иногда при исполнении оперных арий хрустальные люстры начинают звенеть?

37.35 [910]

Решение

Это явление объясняется физическим явлением, которое называется резонанс. Разберем его по шагам:

1. Собственная частота колебаний. Каждое физическое тело, способное колебаться, имеет одну или несколько собственных (или естественных) частот колебаний. Это частоты, с которыми тело будет колебаться, если его вывести из положения равновесия и предоставить самому себе. Хрустальные подвески на люстре не являются исключением, и у каждой из них есть своя собственная частота колебаний, зависящая от ее массы, формы и размеров.

2. Вынужденные колебания. Голос оперного певца или певицы является источником звуковых волн, которые распространяются по воздуху в концертном зале. Звуковые волны – это колебания давления воздуха, которые несут с собой энергию. Когда эти волны достигают люстры, они оказывают на хрустальные подвески периодическое воздействие, заставляя их колебаться. Такие колебания, происходящие под действием внешней периодической силы (в данном случае силы давления звуковой волны), называются вынужденными.

3. Резонанс. Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает, когда частота внешней силы $f_{внешн}$ (в нашем случае частота звука, издаваемого певцом) совпадает с собственной частотой колебательной системы $f_{собств}$ (в нашем случае — хрустальных подвесок).

$$ f_{внешн} = f_{собств} $$

Оперные певцы обладают сильными голосами и могут брать очень высокие ноты, то есть создавать звуковые волны высокой частоты и большой интенсивности. Если певец берет ноту, частота которой совпадает с собственной частотой колебаний хрустальных элементов люстры, наступает резонанс. Подвески начинают поглощать энергию звуковой волны особенно эффективно, и амплитуда их колебаний резко увеличивается. Эти интенсивные колебания и столкновения хрусталиков друг с другом мы и слышим как звон.

Ответ: Хрустальные люстры начинают звенеть из-за явления резонанса. Голос оперного певца создает звуковые волны, и если частота этих волн совпадает с собственной частотой колебаний хрустальных элементов люстры, то амплитуда их колебаний резко возрастает, что и вызывает слышимый звон.