Номер 560, страница 83 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Механические колебания и волны. Звук. Механические колебания - номер 560, страница 83.

Условие.

560. Если нести вёдра с водой на коромысле, то при определённом темпе ходьбы они начинают сильно раскачиваться. Чем объяснить это явление? Как уменьшить раскачивание вёдер?

Решение.

Чем объяснить это явление?

Система, состоящая из коромысла и подвешенных к нему вёдер с водой, представляет собой физический маятник. Как и любая колебательная система, она имеет собственную (резонансную) частоту колебаний $f_0$. Эта частота зависит в основном от длины подвеса $l$ (расстояния от точки опоры на плече до центра масс ведра).

При ходьбе человек совершает периодические движения, которые передаются коромыслу. Эти движения являются внешней вынуждающей силой, действующей на систему с определённой частотой $f$, которая зависит от темпа ходьбы.

Когда частота вынуждающей силы $f$, создаваемой шагами, совпадает или становится очень близкой к собственной частоте колебаний системы $f_0$, возникает явление резонанса. При резонансе происходит резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний. В результате вёдра начинают сильно раскачиваться, что может привести к расплёскиванию воды.

Ответ: Это явление объясняется резонансом, который возникает, когда частота колебаний, создаваемых ходьбой человека, совпадает с собственной частотой колебаний системы «коромысло с вёдрами».

Как уменьшить раскачивание вёдер?

Чтобы уменьшить раскачивание, необходимо избежать условия резонанса, то есть сделать так, чтобы частота вынуждающей силы не совпадала с собственной частотой системы. Существует несколько способов это сделать.

Во-первых, можно изменить частоту вынуждающей силы. Самый простой способ — изменить темп ходьбы: пойти быстрее или медленнее. Это приведёт к изменению частоты $f$ и выходу из резонанса.

Во-вторых, можно изменить собственную частоту колебаний системы $f_0$. Поскольку собственная частота зависит от длины подвеса $l$, можно укоротить или удлинить его, например, взявшись за коромысло по-другому или используя вёдра с ручками другой длины.

В-третьих, можно увеличить затухание колебаний, например, придерживая коромысло или вёдра рукой. Это поможет погасить возникающие колебания за счет внешней силы.

Ответ: Чтобы уменьшить раскачивание, нужно изменить темп ходьбы (ускориться или замедлиться), изменить длину подвеса вёдер или придерживать их рукой, чтобы погасить колебания.