Номер 10, страница 213 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 6. Механические колебания и волны. Параграф 33. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс - номер 10, страница 213.

Условие.

10. Почему колонне солдат запрещают переходить мосты, маршируя в ногу?

Решение.

Колонне солдат запрещают переходить мосты, маршируя в ногу, из-за опасности возникновения физического явления, называемого резонансом.

Каждый мост, как и любое другое физическое тело, имеет свою собственную (или собственную) частоту колебаний, $f_0$. Это частота, с которой мост будет колебаться, если его вывести из положения равновесия и отпустить (например, под действием сильного порыва ветра или проезда тяжелого транспорта). Эти колебания со временем затухают.

Когда солдаты маршируют в ногу, они создают периодическую внешнюю силу, действующую на мост. Частота этой вынуждающей силы, $\text{f}$, определяется темпом (частотой) их шага. Если эта частота марша случайно совпадет или окажется очень близкой к собственной частоте колебаний моста ($f \approx f_0$), возникает резонанс.

При резонансе амплитуда колебаний моста начинает резко увеличиваться с каждым шагом солдат. Даже небольшое воздействие от одного шага, многократно повторенное в такт с собственными колебаниями системы, передает мосту значительную энергию. Колебания становятся все сильнее и могут достичь критической величины, превышающей предел прочности материалов, из которых сделан мост. Это может привести к его серьезному повреждению или даже полному обрушению.

Чтобы избежать этой опасности, перед входом на мост солдатам дается команда «сбить ногу» (идти не в ногу, вольным шагом). В этом случае шаги солдат становятся хаотичными, и их воздействие на мост не является согласованной периодической силой. Силы от шагов разных солдат действуют вразнобой и в значительной степени компенсируют друг друга. В результате не происходит накопления энергии колебаний, и переход через мост становится безопасным.

Одним из исторических примеров, иллюстрирующих эту опасность, является обрушение Бротонского подвесного моста в Англии в 1831 году, когда по нему проходил отряд солдат, маршировавших в ногу.

Ответ: Колонне солдат запрещают переходить мосты, маршируя в ногу, чтобы избежать явления резонанса. Резонанс возникает, когда частота шагов солдат совпадает с собственной частотой колебаний моста, что приводит к резкому увеличению амплитуды колебаний и может вызвать разрушение моста.