Номер 2, страница 139 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

2. В чём заключается явление, называемое резонансом?

2. В чём заключается явление, называемое резонансом?

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое происходит в том случае, когда частота внешней периодической силы ($ \nu_{вын} $) совпадает или становится очень близкой к собственной (естественной) частоте колебательной системы ($ \nu_0 $).

Любая колебательная система (например, маятник на нити, груз на пружине, струна гитары) имеет собственную частоту колебаний. Эта частота определяется внутренними параметрами системы, такими как масса, жесткость или длина. Например, для математического маятника собственная частота определяется его длиной $ l $: $ \nu_0 = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{g}{l}} $.

Если на такую систему действует внешняя периодическая сила, она начинает совершать вынужденные колебания с частотой этой силы. Амплитуда этих колебаний зависит от того, насколько частота вынуждающей силы близка к собственной частоте системы. Когда эти частоты совпадают ($ \nu_{вын} = \nu_0 $), система наиболее эффективно поглощает энергию от внешнего источника. Это приводит к максимальному накоплению энергии в системе и, как следствие, к резкому увеличению амплитуды колебаний.

В реальных системах всегда присутствует трение (затухание), которое ограничивает рост амплитуды при резонансе. Чем меньше затухание в системе, тем больше будет максимальная амплитуда и тем острее будет резонансный пик (максимум на графике зависимости амплитуды от частоты).

Явление резонанса находит широкое применение в технике и науке (например, настройка радиоприемников, работа музыкальных инструментов), но может быть и опасным, приводя к разрушению конструкций, таких как мосты или здания, если их собственные частоты колебаний совпадут с частотой внешнего воздействия (например, ветра или шагов людей).

Ответ: Резонанс — это явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний, которое наблюдается при совпадении частоты внешней периодической силы с собственной частотой колебательной системы.

3. К каким колебаниям — свободным или вынужденным — относится резонанс?

Резонанс является характеристикой исключительно вынужденных колебаний.

Чтобы понять почему, нужно различать два основных типа колебаний:

Свободные колебания возникают в системе после того, как ее вывели из положения равновесия и предоставили самой себе (например, отклонили маятник и отпустили). Система колеблется на своей собственной частоте $ \nu_0 $. Из-за потерь энергии на трение и сопротивление среды такие колебания всегда являются затухающими — их амплитуда со временем уменьшается.

Вынужденные колебания происходят под действием внешней, периодически изменяющейся (вынуждающей) силы. В этом случае система колеблется с частотой этой внешней силы $ \nu_{вын} $, а не на своей собственной. Амплитуда вынужденных колебаний поддерживается постоянной за счет непрерывного притока энергии от внешнего источника.

Резонанс — это особый режим именно вынужденных колебаний, который наступает при выполнении условия $ \nu_{вын} = \nu_0 $. То есть, это ситуация, когда частота внешней силы совпадает с частотой, на которой система совершала бы свободные колебания. Поскольку для свободных колебаний нет внешней периодической силы, то и явление резонанса для них не определено.

Ответ: Резонанс относится к вынужденным колебаниям.