Номер 1, страница 171 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 41. Резонанс в акустике. Вопросы - номер 1, страница 171.

Условие.

1. Как возникает звуковой резонанс?

Решение.

1. Как возникает звуковой резонанс?

Звуковой резонанс — это физическое явление, при котором происходит резкое увеличение амплитуды колебаний тела или объёма газа (резонатора) под действием внешней звуковой волны. Ключевое условие для возникновения резонанса — совпадение частоты внешней волны с одной из собственных (естественных) частот колебаний резонатора.

Механизм возникновения можно описать по шагам:

Шаг 1: Собственные частоты. Каждое физическое тело или система (например, струна, камертон, столб воздуха в трубе) обладает набором собственных частот колебаний. Это частоты, с которыми система будет колебаться, если её вывести из положения равновесия и предоставить самой себе. Они определяются физическими свойствами системы: её размерами, формой, массой и упругостью.

Шаг 2: Вынужденные колебания. Когда на систему действует внешняя периодическая сила, например, звуковая волна, система начинает совершать вынужденные колебания с частотой этой внешней силы. Амплитуда этих колебаний, как правило, невелика.

Шаг 3: Условие резонанса. Резонанс возникает, когда частота вынуждающей звуковой волны $f_{внешн}$ становится равной или очень близкой к одной из собственных частот системы $f_{собств}$. Математически это условие можно записать как: $f_{внешн} \approx f_{собств}$.

Шаг 4: Усиление колебаний. При совпадении частот происходит наиболее эффективная передача энергии от звуковой волны к резонатору. Каждая следующая волна приходит в такой фазе, что "подталкивает" систему в ту же сторону, в которую она уже движется (это явление называется конструктивной интерференцией). Это аналогично раскачиванию качелей: чтобы увеличить их размах, нужно подталкивать их в такт их собственным колебаниям. В результате амплитуда колебаний резонатора резко нарастает, что приводит к значительному усилению звука.

Примеры звукового резонанса:

Музыкальные инструменты: Корпус гитары или скрипки (дека) резонирует с колебаниями струн, усиливая их звук. В духовых инструментах, таких как флейта или орган, резонирует столб воздуха внутри трубы. Длина трубы определяет её собственные частоты. Например, для трубы длиной $\text{L}$, открытой с двух концов, резонанс наблюдается на частотах, соответствующих длинам волн $\lambda$, для которых выполняется условие образования стоячей волны: $L = n \frac{\lambda}{2}$, где $\text{n}$ — целое число (1, 2, 3...).

Разрушение бокала голосом: Если певец поёт ноту, частота которой совпадает с собственной частотой колебаний стенок бокала, амплитуда колебаний бокала может стать настолько большой, что он разрушится.

Таким образом, звуковой резонанс — это результат точного "попадания" частоты внешнего звука в собственную частоту объекта, что вызывает его мощный колебательный отклик.

Ответ: Звуковой резонанс возникает, когда частота внешней звуковой волны совпадает с одной из собственных частот колебаний какого-либо тела или объёма газа. При этом происходит эффективная передача энергии от волны к телу, что приводит к резкому увеличению амплитуды его колебаний и, как следствие, к усилению звука.