Номер 4, страница 139 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

4. Приведите примеры, показывающие, что в одних случаях резонанс может быть полезным явлением, а в других — вредным.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний в системе, которое происходит, когда частота вынуждающей силы $ \omega $ совпадает или очень близка к собственной (резонансной) частоте системы $ \omega_0 $. Это явление находит применение в различных областях, но также может быть причиной разрушений, поэтому его разделяют на полезное и вредное.

Полезный резонанс

В тех случаях, когда необходимо усилить колебания, явление резонанса оказывается очень полезным.

Примеры:

1. Музыкальные инструменты. Корпус струнного инструмента (например, гитары или скрипки) имеет сложную форму, чтобы резонировать с широким набором частот, создаваемых струнами. Этот резонанс усиливает звук и обогащает его обертонами, формируя тембр инструмента. В духовых инструментах резонирует столб воздуха внутри.

2. Радиосвязь и телевидение. Настройка приемника на нужную радиостанцию или телеканал заключается в изменении параметров его внутреннего колебательного контура так, чтобы его собственная частота совпала с частотой несущей волны передатчика. Благодаря резонансу сигнал именно этой станции многократно усиливается, позволяя его выделить на фоне всех остальных.

3. Микроволновая печь. Работа печи основана на явлении резонанса. Частота электромагнитного излучения (микроволн) в печи подобрана так, чтобы она совпадала с собственной частотой колебаний молекул воды. Молекулы воды, содержащиеся в пище, начинают интенсивно колебаться, что приводит к трению между ними и, как следствие, к быстрому разогреву продукта изнутри.

4. Качели. Чтобы сильно раскачаться на качелях, нужно прикладывать усилия (подталкивать) в такт их собственным колебаниям, то есть с резонансной частотой. Это позволяет при минимальных затратах энергии достичь большой амплитуды колебаний.

Ответ: Резонанс является полезным, когда его используют для целенаправленного усиления колебаний, например, для создания громкого звука в музыкальных инструментах, для выделения и усиления нужного сигнала в радиоприемниках или для быстрого нагрева в микроволновых печах.

Вредный резонанс

Резонанс может быть крайне опасным, если он возникает в системах, не рассчитанных на большие амплитуды колебаний, что может привести к их разрушению.

Примеры:

1. Разрушение мостов и зданий. Если частота периодического внешнего воздействия (например, порывов ветра, сейсмических толчков при землетрясении или даже шагов марширующих в ногу солдат) совпадет с собственной частотой колебаний моста или здания, амплитуда их колебаний может резко возрасти до разрушительных значений. Классическим примером служит обрушение Такомского моста (США, 1940 г.) из-за резонанса, вызванного ветром.

2. Вибрации в механизмах. Вращающиеся части машин и двигателей, если они плохо сбалансированы, могут вызывать вибрации. При определенных скоростях вращения частота этих вибраций может совпасть с собственной частотой какой-либо части конструкции (например, кузова автомобиля), вызывая сильную и опасную тряску.

3. Флаттер в авиации. На определенных скоростях полета поток воздуха может вызывать автоколебания элементов конструкции самолета, например, крыльев. Если частота этих колебаний совпадает с собственной частотой конструкции, возникает резонансное явление, называемое флаттером, которое может привести к разрушению крыла в полете. Для борьбы с этим явлением проводят специальные расчеты и испытания.

Ответ: Резонанс является вредным и опасным явлением, когда он вызывает неконтролируемое возрастание амплитуды колебаний, что может привести к разрушению инженерных сооружений (мостов, зданий), возникновению опасных вибраций в транспорте и механизмах.