Номер 2, страница 21, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 7. Звук. Параграф 66. Резонанс в акустике. Вопросы и задания - номер 2, страница 21.

Условие.

2. Для чего нужны резонаторы?

Решение.

Резонатор — это колебательная система (механическая, электрическая, акустическая и т.д.), которая способна накапливать энергию, откликаясь на внешнее периодическое воздействие с определённой частотой значительно сильнее, чем на воздействия с другими частотами. Это явление называется резонансом. Когда частота внешнего воздействия совпадает с собственной (резонансной) частотой системы, амплитуда её колебаний резко возрастает.

Основное назначение резонаторов основано на явлении резонанса и заключается в следующем:

1. Усиление колебаний. Резонаторы используются для существенного увеличения амплитуды колебаний на резонансной частоте. Это позволяет, например, усилить очень слабый исходный сигнал, сделав его доступным для регистрации или дальнейшего использования.

2. Выделение (фильтрация) колебаний. Поскольку резонатор откликается только на колебания в узком диапазоне частот вблизи своей резонансной частоты, он может быть использован для выделения нужного сигнала из сложной смеси сигналов разных частот. Таким образом, резонаторы служат основой для частотных фильтров.

3. Генерация стабильных колебаний. Резонаторы являются ключевым элементом в автогенераторах — устройствах, которые самостоятельно создают и поддерживают незатухающие колебания строго определённой и стабильной частоты.

Примеры применения резонаторов в различных областях:

Акустика: Корпус гитары или скрипки, столб воздуха в трубе органа — это акустические резонаторы. Они усиливают звуковые колебания, создаваемые струной или источником звука, на определённых частотах (основной тон и обертоны), что формирует характерный тембр и громкость музыкального инструмента.

Электроника и радиотехника: Классическим примером является колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности $\text{L}$ и конденсатора $\text{C}$. Его резонансная частота определяется формулой Томсона: $f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$. Такие контуры являются основой любого радиоприёмника, позволяя настроиться на частоту конкретной радиостанции, отфильтровав все остальные. Кварцевые резонаторы, обладающие чрезвычайно высокой стабильностью частоты, являются "сердцем" современных часов, компьютеров и почти всей цифровой техники, задавая тактовую частоту для работы процессоров.

Механика: Самый наглядный пример — качели. Если их подталкивать в такт с их собственной частотой качания, то даже небольшим усилием можно достичь большой амплитуды. Маятник в механических часах — это резонатор, который обеспечивает равномерность хода часов.

Оптика: В лазерах используется оптический резонатор, как правило, состоящий из двух высокоточных зеркал, расположенных друг напротив друга. Этот резонатор обеспечивает многократное прохождение света через активную среду, усиливая световые волны только определённой длины (частоты) и создавая мощный, когерентный и узконаправленный луч света.

Ответ: Резонаторы нужны для избирательного усиления, выделения (фильтрации) или генерации колебаний строго определённой частоты. Они позволяют эффективно управлять колебательными и волновыми процессами и находят широчайшее применение в науке и технике: от формирования звука в музыкальных инструментах и настройки радиоприёмников до стабилизации частоты в компьютерных процессорах и создания лазерного излучения.