Номер 4, 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 4, страница 253.

Условие.

• Резонанс механических волн в природе.

Решение.

Резонанс механических волн — это явление резкого увеличения амплитуды колебаний объекта или системы, когда частота внешней механической волны (вынуждающей силы) совпадает с собственной (резонансной) частотой колебаний этой системы. Собственная частота $f_0$ определяется физическими свойствами системы, такими как масса, упругость, размеры и форма. Условие возникновения резонанса можно выразить как приближенное равенство частоты вынуждающей силы $\text{f}$ и собственной частоты системы $f_0$.

$f \approx f_0$

Это явление широко распространено в природе и может иметь как созидательные, так и разрушительные последствия.

Ответ: Резонанс механических волн — это резкое возрастание амплитуды колебаний системы при совпадении частоты внешнего волнового воздействия с её собственной частотой колебаний.

Резонанс при землетрясениях

Во время землетрясения в земной коре распространяются сейсмические волны, которые являются механическими колебаниями. Любое здание, мост или другое инженерное сооружение имеет свои собственные частоты колебаний. Если частота приходящих сейсмических волн совпадает с одной из собственных частот здания, возникает резонанс. В результате амплитуда колебаний сооружения резко возрастает, что может привести к его сильному раскачиванию и последующему разрушению. Именно по этой причине здания разной высоты по-разному реагируют на одно и то же землетрясение: низкие здания более уязвимы для высокочастотных волн, а высокие — для низкочастотных. Современные технологии сейсмостойкого строительства направлены на то, чтобы собственные частоты зданий не совпадали с наиболее вероятными частотами сейсмических волн в данной местности, а также на использование специальных устройств (демпферов) для гашения резонансных колебаний.

Ответ: При землетрясениях разрушение зданий часто происходит из-за резонанса, когда частота сейсмических волн совпадает с собственной частотой колебаний сооружения, вызывая катастрофическое увеличение амплитуды его раскачивания.

Резонанс в заливах и озерах (сейши)

В замкнутых или полузамкнутых водоемах, таких как озера и морские заливы, вода может совершать собственные стоячие колебания, которые называются сейшами. Период этих колебаний зависит от геометрии водоема — его длины и глубины. Приливы и отливы, вызванные гравитационным влиянием Луны и Солнца, представляют собой периодическую вынуждающую силу с основным периодом около 12.4 часа. Если собственный период колебаний воды в заливе оказывается близок к периоду приливной волны, возникает резонанс, приводящий к многократному увеличению высоты прилива по сравнению с открытым океаном. Классическим примером является залив Фанди в Канаде, где из-за такого резонанса наблюдаются самые высокие приливы в мире, достигающие 16–18 метров.

Ответ: Аномально высокие приливы в некоторых морских заливах, например в заливе Фанди, объясняются явлением резонанса, при котором период приливной волны совпадает с собственным периодом колебаний воды в заливе.

Акустический резонанс в живой природе

Резонанс звуковых волн играет фундаментальную роль в слухе и звукообразовании у живых организмов.
1. Слух человека и животных. Наружный слуховой проход человека функционирует как резонатор, который усиливает звуковые волны в диапазоне частот 2000–5000 Гц. Это повышает нашу чувствительность к звукам человеческой речи. Внутреннее ухо (улитка) также использует резонанс: разные участки базилярной мембраны имеют различную толщину и натяжение, благодаря чему они резонируют на разные частоты. Это позволяет мозгу точно определять высоту (частоту) звука.
2. Звуки животных. Многие животные используют полости в своем теле как резонаторы для усиления издаваемых звуков. Например, горловые мешки у лягушек действуют как резонаторы Гельмгольца, многократно усиливая их кваканье и позволяя ему распространяться на большие расстояния для привлечения партнеров. Аналогично, тело сверчка резонирует в такт стрекотанию его крыльев, делая звук громче.

Ответ: В живой природе акустический резонанс используется для усиления звуков как при их восприятии (в ухе), так и при их генерации (голосовые мешки лягушек), что повышает эффективность коммуникации и выживания.