Номер 1, страница 164 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Придумайте, с помощью каких предметов (кроме камертонов на резонаторных ящиках) можно продемонстрировать явление звукового резонанса. Проделайте опыт, опишите наблюдаемые результаты.

Явление звукового резонанса можно продемонстрировать с помощью множества подручных предметов. Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды колебаний в системе, которое наступает при совпадении частоты внешнего воздействия с собственной (резонансной) частотой системы. Ниже приведены несколько примеров опытов.

Оборудование: акустическая гитара (или другой струнный инструмент, например, пианино с поднятой крышкой), человеческий голос.

Ход опыта:

1. Возьмите гитару или сядьте за пианино, нажав правую педаль (чтобы поднять демпферы со струн).

2. Расположите лицо близко к резонаторному отверстию гитары или к струнам пианино.

3. Громко и протяжно спойте одну ноту, направляя звук на струны. Например, ноту "Ля" первой октавы (частота 440 Гц). Эта нота соответствует открытой первой струне гитары (стандартный строй EADGBe, где e - самая тонкая).

4. Резко прекратите петь и прислушайтесь.

Наблюдаемые результаты:

После того как вы прекратили петь, от инструмента будет слышен тихий, но отчетливый звук той же ноты, которую вы пели. Если присмотреться, можно увидеть, как соответствующая струна продолжает колебаться. Это происходит потому, что частота звуковых волн вашего голоса совпала с собственной частотой колебаний этой струны. Условие резонанса: $f_{внешняя} = f_{собственная}$. Звуковая волна от голоса раскачала струну, передав ей энергию.

Ответ: Струна музыкального инструмента (гитары, пианино) начинает вибрировать и издавать звук, когда рядом с ней звучит нота, частота которой совпадает с собственной частотой колебаний струны.

Оборудование: стеклянная бутылка с узким горлышком (или высокий стакан), вода, источник звука постоянной частоты (например, гудение собственным голосом или генератор частот на смартфоне).

Ход опыта:

1. Возьмите пустую бутылку. Начните гудеть какую-либо низкую ноту постоянной высоты, держа рот над горлышком бутылки.

2. Не прекращая гудеть, начните медленно наливать в бутылку воду.

3. Внимательно слушайте громкость звука.

Наблюдаемые результаты:

По мере того как уровень воды в бутылке поднимается, длина столба воздуха над водой уменьшается. В определенный момент звук вашего гудения резко усилится. Это означает, что собственная частота колебаний столба воздуха в бутылке совпала с частотой звука, который вы издаете. Длина столба воздуха $L$ в этот момент соответствует условию резонанса для трубы, закрытой с одного конца: $L = (2n-1)\frac{\lambda}{4}$, где $\lambda$ — длина волны вашего звука, а $n=1, 2, 3...$. При дальнейшем наливании воды громкость снова уменьшится.

Ответ: При изменении длины столба воздуха в бутылке (путем наливания воды) можно найти такую его длину, при которой он резонирует со звуком определенной частоты, что проявляется в резком усилении громкости.

Оборудование: два одинаковых тонкостенных бокала для вина, вода.

Ход опыта:

1. Поставьте два одинаковых бокала на стол на небольшом расстоянии друг от друга (5-10 см).

2. Слегка смочите палец водой и начните водить им по ободку первого бокала, чтобы заставить его звучать ("петь"). Бокал будет издавать чистый звук своей основной резонансной частоты.

3. Продолжайте извлекать звук в течение нескольких секунд, чтобы второй бокал успел "откликнуться".

4. Заглушите звук первого бокала, прикоснувшись к нему рукой.

5. Поднесите ухо ко второму бокалу и прислушайтесь.

Наблюдаемые результаты:

После того как первый бокал замолчал, можно услышать, что второй бокал продолжает тихо звучать на той же ноте. Он начал колебаться под действием звуковых волн, исходящих от первого бокала. Поскольку бокалы одинаковые, их собственные частоты колебаний совпадают, что и является причиной резонанса. Для наглядности можно подвесить на нитке легкий шарик (например, из пенопласта) так, чтобы он касался ободка второго бокала. В момент резонанса будет видно, как шарик отскакивает от вибрирующего стекла.

Ответ: Два одинаковых бокала, являясь резонаторами с одинаковой собственной частотой, могут передавать друг другу колебания на расстоянии через звуковые волны в воздухе: звук одного бокала заставляет вибрировать и звучать другой.