Номер 1, страница 138 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 33. Резонанс. Обсудить в классе - номер 1, страница 138.

Условие.

1. Почему строй солдат должен идти вольным шагом при переходе через мосты или эстакады?

Решение.

1. Строй солдат должен идти вольным шагом при переходе через мосты или эстакады для предотвращения опасного физического явления, называемого резонансом.

У любого физического объекта, включая мост или эстакаду, есть своя собственная, или естественная, частота колебаний. Это частота, с которой объект будет колебаться, если его вывести из положения равновесия и отпустить. Обозначим эту частоту как $f_0$.

Когда солдаты идут строевым шагом, они все одновременно ударяют ногой о поверхность с определенной периодичностью. Этот ритмичный шаг создает вынуждающую периодическую силу, действующую на мост с частотой $\text{f}$, равной частоте шага.

Резонанс возникает в том случае, когда частота вынуждающей силы $\text{f}$ совпадает или становится очень близка к собственной частоте колебаний системы $f_0$:

$f \approx f_0$

При совпадении этих частот происходит резкое увеличение амплитуды колебаний моста. Даже небольшая, но периодически прикладываемая сила может раскачать массивную конструкцию до критических амплитуд. Это может привести к чрезмерным нагрузкам на элементы конструкции, их деформации и, в конечном итоге, к разрушению моста. Истории известны случаи обрушения мостов именно по этой причине, например, обрушение моста в Анже (Франция) в 1850 году.

Когда солдатам дается команда «идти вольным шагом» или «сбить шаг», каждый из них начинает идти в собственном, несинхронном ритме. В результате этого воздействия множества сил, прикладываемых в разные моменты времени, перестают быть согласованными и периодическими. Их действия взаимно компенсируются, и не возникает единой резонансной частоты. Это предотвращает раскачивание моста и обеспечивает безопасный переход.

Ответ: Строй солдат должен идти вольным шагом при переходе через мост, чтобы избежать возникновения резонанса. Ритмичный строевой шаг может совпасть с собственной частотой колебаний моста, что приведет к резкому увеличению амплитуды его колебаний и может вызвать разрушение конструкции.