Номер 3, страница 253, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 6. Механические колебания и волны. Параграф 61. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 3, страница 253.

Условие.

• Вредный резонанс.

Решение.

Вредный резонанс

Резонанс — это физическое явление, заключающееся в резком возрастании амплитуды вынужденных колебаний в системе, которое наступает при приближении частоты внешнего периодического воздействия $\text{f}$ к значению собственной (резонансной) частоты системы $f_0$.

В то время как резонанс может быть полезен (например, в музыкальных инструментах или радиоприемниках), во многих случаях он является нежелательным и даже разрушительным. Такой резонанс называют вредным. Он возникает, когда неконтролируемое увеличение амплитуды колебаний приводит к чрезмерным нагрузкам, вибрациям, шуму и, в конечном итоге, к разрушению конструкций или поломке механизмов.

Основные примеры вредного резонанса:

• Разрушение мостов. Классическим примером является обрушение Такомского моста в США в 1940 году. Ветер, обтекавший конструкцию моста, создавал вихри с определенной периодичностью. Частота этих вихрей совпала с собственной частотой крутильных колебаний моста, что вызвало раскачивание с огромной амплитудой и привело к его полному разрушению. Похожая причина (шаг солдат в ногу) привела к обрушению Бротонского моста в Англии в 1831 году. Именно поэтому при прохождении по мостам воинским подразделениям дается команда «сбить шаг».
• Вибрации в машинах и механизмах. Несбалансированные вращающиеся детали, например, вал двигателя или колёса автомобиля, могут вызывать сильные вибрации на определённых скоростях. Если частота вращения совпадает с собственной частотой колебаний кузова, подвески или другой части механизма, амплитуда вибраций резко возрастает. Это не только создаёт дискомфорт, но и ускоряет износ деталей и может привести к их поломке.
• Разрушение зданий при землетрясениях. Во время землетрясения почва совершает колебания с определённой частотой. Если эта частота совпадает с собственной частотой колебаний здания, оно начинает сильно раскачиваться, что может привести к его разрушению. Это одна из главных опасностей в сейсмически активных зонах.
• Флаттер в авиации. Это явление самовозбуждающихся колебаний крыла или оперения самолета, возникающее при определённых скоростях полёта из-за взаимодействия аэродинамических, упругих и инерционных сил. Резонанс в этом случае может привести к мгновенному разрушению конструкции в воздухе.

Для предотвращения вредного резонанса инженеры применяют специальные методы:

1. Демпфирование — введение в конструкцию элементов (демпферов, амортизаторов), которые поглощают энергию колебаний, преобразуя её в тепло.
2. Изменение собственной частоты — проектирование конструкции таким образом, чтобы её собственная частота значительно отличалась от частот возможных внешних воздействий. Это достигается изменением массы или жёсткости системы.

Ответ: Вредный резонанс — это явление резкого увеличения амплитуды колебаний системы при совпадении частоты внешнего воздействия с её собственной частотой, приводящее к разрушительным последствиям, таким как обрушение мостов и зданий, поломка машин и опасные вибрации. Примерами являются разрушение Такомского моста под действием ветра и вибрации несбалансированных колёс автомобиля на определённой скорости. Борьба с вредным резонансом ведётся путем демпфирования (поглощения) колебаний и изменением собственной частоты конструкции, чтобы она не совпадала с частотой внешних сил.