Номер 5, страница 198 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 10. Механические колебания и волны. Параграф 44. Акустический резонанс - номер 5, страница 198.

Условие.

5. Опишите явления, происходящие при поднесении звучащего камертона к трубке, опущенной в сосуд с водой.

Решение.

Когда звучащий камертон подносят к открытому концу трубки, опущенной в сосуд с водой, ножки камертона, совершая колебания с определенной частотой, создают в прилегающем слое воздуха периодические сжатия и разрежения. Эти возмущения распространяются в виде звуковой волны вдоль столба воздуха, заключенного в трубке. Длина этого воздушного столба может изменяться путем перемещения трубки вверх или вниз.

Звуковая волна, достигнув поверхности воды, отражается от нее. Поверхность воды является более плотной средой по сравнению с воздухом, поэтому она ведет себя как неподвижная преграда (закрытый конец трубы). Отраженная волна начинает распространяться вверх по трубке, навстречу падающей волне. В результате наложения (интерференции) падающей и отраженной волн в воздушном столбе может образоваться стоячая волна.

Явление резкого увеличения амплитуды установившихся колебаний в воздушном столбе называется акустическим резонансом. Он возникает в том случае, когда собственная частота колебаний воздушного столба совпадает с частотой звука, издаваемого камертоном. Визуально это проявляется как значительное усиление громкости звука. Условие возникновения резонанса в трубе, закрытой с одного конца, заключается в том, что на длине воздушного столба $\text{L}$ должно укладываться нечетное число четвертей длин волн $λ$. Математически это условие выражается формулой:

$L = (2n - 1) \frac{λ}{4}$, где $n = 1, 2, 3, ...$

При $n=1$ наблюдается первый, самый громкий резонанс (основной тон), когда длина столба воздуха равна $L = \frac{λ}{4}$. Следующий резонанс (первый обертон) будет слышен, когда длина столба составит $L = \frac{3λ}{4}$, и так далее. При этом у поверхности воды всегда будет узел стоячей волны (амплитуда смещения частиц воздуха равна нулю), а у открытого конца трубки — пучность (максимальная амплитуда смещения).

Ответ: При поднесении звучащего камертона к трубке, опущенной в воду, происходит следующее явление: звуковые волны от камертона входят в воздушный столб трубки, отражаются от поверхности воды и интерферируют с падающими волнами. При изменении длины воздушного столба (перемещая трубку) можно найти такие положения, при которых возникает акустический резонанс, что проявляется в резком усилении громкости звука. Это происходит, когда в столбе воздуха образуется стоячая волна, то есть его длина $\text{L}$ становится равной нечетному числу четвертей длин волн звука: $L = (2n - 1) \frac{λ}{4}$, где $n=1, 2, 3...$