Номер 3, страница 139 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. К каким колебаниям — свободным или вынужденным — применимо понятие резонанса?

3. Понятие резонанса применимо исключительно к вынужденным колебаниям.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое происходит, когда частота $ \omega $ внешней периодической силы совпадает с собственной частотой $ \omega_0 $ колебательной системы.

Вынужденные колебания совершаются под действием внешней, периодически изменяющейся силы. Именно эта внешняя сила передает энергию системе, позволяя амплитуде расти. Для возникновения резонанса необходимо наличие такой внешней силы.

Свободные колебания, напротив, происходят в системе после того, как ее вывели из положения равновесия и предоставили самой себе. Они совершаются на собственной частоте $ \omega_0 $ и обычно затухают со временем из-за потерь энергии. В свободных колебаниях отсутствует внешняя периодическая сила, поэтому явление резонанса к ним неприменимо.

Ответ: Понятие резонанса применимо к вынужденным колебаниям.

4. Резонанс — это явление, которое может быть как полезным, так и вредным в зависимости от ситуации.

Примеры полезного резонанса:

1. Качели: Чтобы сильно раскачать качели, человек интуитивно прилагает усилие в такт их собственным колебаниям. Это позволяет с минимальными затратами энергии достичь большой амплитуды.

2. Музыкальные инструменты: Корпус струнного инструмента (например, гитары или скрипки) или столб воздуха в духовом инструменте (флейте) резонирует с колебаниями, создаваемыми струной или музыкантом. Этот резонанс значительно усиливает звук и формирует его тембр.

3. Настройка радиоприемника: При настройке радиоприемника изменяется собственная частота его колебательного контура. Когда она совпадает с частотой электромагнитной волны от нужной радиостанции, в контуре возникает резонанс, что приводит к резкому усилению именно этого сигнала.

4. Микроволновая печь: Частота микроволн в печи подобрана так, чтобы она была близка к резонансной частоте колебаний молекул воды. В результате резонанса молекулы воды в пище начинают интенсивно колебаться, что приводит к быстрому нагреву продукта изнутри.

Примеры вредного (и опасного) резонанса:

1. Разрушение конструкций: Периодические воздействия, такие как порывы ветра, сейсмические волны во время землетрясения или даже ритмичные шаги людей, могут вызвать резонанс в мостах и зданиях, если их частота совпадет с собственной частотой колебаний конструкции. Это может привести к катастрофическому увеличению амплитуды колебаний и разрушению. Хрестоматийным примером является обрушение Такомского моста в США (1940 г.) из-за ветрового резонанса.

2. Вибрации в механизмах и транспорте: На определенных оборотах двигателя автомобиля или другого механизма может возникнуть сильная вибрация отдельных его частей. Это происходит, когда частота вибраций от работающего двигателя совпадает с собственной частотой колебаний этих частей, что может привести к их преждевременному износу или поломке.

3. Шагающие солдаты: Военным подразделениям предписывается сбивать шаг при прохождении по мостам, чтобы их синхронная ходьба не создала периодическую нагрузку, частота которой может случайно совпасть с собственной частотой моста и вызвать его разрушение.

Ответ: Полезный резонанс используется для усиления колебаний, например, в качелях, музыкальных инструментах, при настройке радиоприемников и в микроволновых печах. Вредный резонанс может быть разрушительным, вызывая обрушение мостов и зданий при внешних периодических воздействиях, а также сильные вибрации в различных механизмах.