Номер 3, страница 138 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 33. Резонанс. Темы докладов - номер 3, страница 138.

Условие.

3. Вредный резонанс.

Решение.

3. Вредный резонанс.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты внешней периодической силы с собственной (или резонансной) частотой колебательной системы. Собственная частота системы ($f_0$) зависит от её физических свойств. Например, для системы груза на пружине она определяется по формуле $f_0 = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}$, где $\text{k}$ — жёсткость пружины, а $\text{m}$ — масса груза. Когда частота вынуждающей силы ($\text{f}$) приближается к собственной частоте ($f \approx f_0$), амплитуда колебаний может увеличиться во много раз, что часто приводит к разрушительным последствиям. Такое явление называют вредным резонансом.

Вредный резонанс проявляется в различных областях техники и в быту, и его необходимо учитывать при проектировании, чтобы избежать разрушения конструкций и выхода из строя оборудования. Ниже приведены характерные примеры.

Разрушение мостов и зданий. Один из самых известных примеров — обрушение Такомского моста в США в 1940 году. Ветер вызвал периодические вихревые потоки, частота которых совпала с собственной частотой крутильных колебаний моста. Это привело к резонансу, колебаниям огромной амплитуды и, в конечном итоге, к разрушению конструкции. Аналогично, во время землетрясений, если частота сейсмических волн совпадает с собственной частотой колебаний здания, оно может разрушиться. Именно по этой причине воинским подразделениям приказывают "сбить шаг" при переходе через мосты, чтобы их строевой шаг не создавал периодическую нагрузку с частотой, близкой к резонансной частоте моста.

Вибрации в транспорте и авиации. Несбалансированные колёса автомобиля на определённой скорости могут вызвать сильную вибрацию руля и кузова — это также проявление резонанса. В авиации существует крайне опасное явление "флаттер" — самовозбуждающиеся колебания крыла или оперения самолёта, возникающие при достижении определённой скорости полёта. При этом аэродинамические силы вступают в резонанс с упругими колебаниями конструкции, что может привести к её разрушению в воздухе.

Поломки в механизмах. Вращающиеся части станков, турбин или двигателей, даже с небольшим дисбалансом, могут вызывать сильные вибрации, если частота их вращения совпадает с собственной частотой колебаний фундамента или корпуса машины. Это приводит к повышенному износу, сильному шуму и может вызвать поломку всего агрегата.

Для борьбы с вредным резонансом инженеры применяют несколько основных методов:

Демпфирование. Введение в систему сил трения или вязкого сопротивления, которые поглощают энергию колебаний и уменьшают их амплитуду. Для этого используют специальные устройства — демпферы (например, амортизаторы в автомобилях).

Отстройка от резонанса (детюнинг). Изменение собственной частоты системы таким образом, чтобы она значительно отличалась от частоты вынуждающей силы. Этого достигают изменением массы или жёсткости конструкции.

Виброизоляция. Уменьшение передачи колебаний от источника к защищаемому объекту с помощью упругих прокладок, пружин или специальных подвесок.

Ответ:
Вредный резонанс — это явление резкого увеличения амплитуды колебаний системы, когда частота внешнего периодического воздействия совпадает с её собственной частотой колебаний, что может привести к разрушению системы. Примерами являются разрушение мостов под действием ветра или шага солдат, разрушение зданий при землетрясениях, сильные вибрации в автомобилях и самолётах, а также поломки промышленного оборудования. Для борьбы с вредным резонансом используют демпфирование (гашение колебаний), отстройку от резонансной частоты и виброизоляцию.