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. Вопросы для обсуждения - номер ?4, страница 253.

Условие.

Почему строй солдат должен идти вольным шагом по мосту или эстакаде?

Решение.

Решение

Это требование связано с физическим явлением, которое называется механический резонанс.

Каждый мост или эстакада, как и любое другое физическое тело, имеет свою собственную частоту колебаний ($f_{с}$). Это частота, с которой сооружение будет качаться, если его вывести из положения равновесия (например, от сильного порыва ветра).

Когда отряд солдат идет строевым шагом, все они одновременно и с одинаковым ритмом (частотой) ударяют ногами о поверхность моста. Это создает периодическую внешнюю (вынуждающую) силу, действующую на мост с частотой, равной частоте шага ($f_{в}$).

Если частота шага солдат ($f_{в}$) случайно совпадет или окажется очень близкой к собственной частоте колебаний моста ($f_{с}$), то возникнет резонанс. При резонансе амплитуда (размах) колебаний моста начинает резко и многократно возрастать, так как энергия каждого шага будет добавляться к колебаниям в нужный момент, усиливая их. Такое резкое увеличение амплитуды колебаний может превысить предел прочности материалов, из которых сделан мост, и привести к его разрушению.

Чтобы избежать этой опасности, солдатам приказывают идти «вольным шагом». В этом случае каждый солдат идет в своем индивидуальном ритме, и их шаги не синхронизированы. Воздействия на мост становятся хаотичными, а не периодическими, и единая вынуждающая частота отсутствует. Таким образом, условия для возникновения резонанса не создаются, и движение по мосту становится безопасным.

Ответ: Строй солдат должен идти по мосту вольным шагом, чтобы избежать возникновения механического резонанса, который может произойти, если частота их строевого шага совпадет с собственной частотой колебаний моста, что способно привести к его разрушению.