Номер 1, страница 201 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 10. Механические колебания и волны. Параграф 45. Учет и использование резонанса в быту и в технике - номер 1, страница 201.

Условие.

1. Приведите примеры использования резонанса в технике.

Решение.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к собственной частоте колебательной системы. Это явление находит широкое применение в различных областях техники. Ниже приведены некоторые примеры.

1. Радио- и телевизионная техника
При настройке радиоприемника или телевизора на определенную станцию мы изменяем параметры колебательного контура (обычно емкость переменного конденсатора). Колебательный контур имеет собственную частоту колебаний, которая определяется по формуле Томсона: $f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$, где $\text{L}$ — индуктивность катушки, а $\text{C}$ — емкость конденсатора. Когда собственная частота контура совпадает с частотой электромагнитной волны, излучаемой передающей станцией, наступает резонанс. В результате амплитуда тока в контуре резко возрастает, что позволяет выделить сигнал нужной станции среди множества других и усилить его для дальнейшей обработки.
Ответ: В радио и ТВ резонанс используется для настройки на частоту определенной станции, что позволяет избирательно принимать и усиливать ее сигнал.

2. Микроволновая печь
Работа микроволновой печи основана на явлении резонанса. Магнетрон печи генерирует электромагнитные волны сверхвысокой частоты (обычно 2,45 ГГц). Эта частота близка к собственной частоте колебаний молекул воды. Когда излучение воздействует на пищу, содержащую воду, молекулы воды начинают сильно колебаться (резонировать), поглощая энергию волн. Кинетическая энергия молекул увеличивается, что приводит к быстрому нагреву продукта изнутри.
Ответ: В микроволновой печи резонанс используется для эффективного нагрева пищи путем возбуждения колебаний молекул воды на их резонансной частоте.

3. Музыкальные инструменты
В музыкальных инструментах используется акустический резонанс для усиления звука и формирования тембра. В струнных инструментах (гитара, скрипка) корпус инструмента является резонатором. Колебания струны передаются корпусу, который, благодаря своей форме и материалу, резонирует на определенных частотах, усиливая звук и обогащая его обертонами. В духовых инструментах (флейта, труба) резонатором является столб воздуха внутри инструмента. Изменяя длину этого столба (например, нажимая на клапаны), музыкант изменяет его резонансную частоту и, соответственно, высоту издаваемого звука.
Ответ: В музыкальных инструментах акустический резонанс используется для усиления звука и придания ему характерного тембра.

4. Кварцевые резонаторы в часах и электронике
Для обеспечения высокой точности хода в электронных и кварцевых часах, а также для стабилизации частоты в генераторах и передатчиках, используются кварцевые резонаторы. Кристалл кварца обладает пьезоэлектрическим эффектом и имеет очень стабильную собственную частоту механических колебаний. В электронных схемах кристалл возбуждается на этой резонансной частоте, создавая эталонный сигнал высокой точности. Это позволяет, например, часам отсчитывать время с минимальной погрешностью.
Ответ: В часах и электронике кварцевые резонаторы используются для создания высокостабильного сигнала эталонной частоты благодаря механическому резонансу кристалла кварца.

5. Магнитно-резонансная томография (МРТ)
МРТ — это медицинский диагностический метод, использующий явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Ядра атомов водорода в теле пациента, помещенного в сильное магнитное поле, могут поглощать и излучать радиочастотную энергию на определенной резонансной (Ларморовской) частоте. Подавая радиочастотные импульсы на этой частоте, томограф вызывает резонанс ядер. Регистрируя сигналы, которые ядра испускают при возвращении в исходное состояние, компьютер строит подробное изображение внутренних органов и тканей.
Ответ: В МРТ используется явление ядерного магнитного резонанса для получения детальных изображений внутренних структур организма.

6. Лазерная техника
В лазерах используется оптический резонатор, как правило, состоящий из двух зеркал, расположенных друг напротив друга. Свет, генерируемый в активной среде лазера, многократно отражается от этих зеркал. При этом усиливаются только те световые волны, длина которых укладывается целое число раз на длине резонатора. Это условие резонанса позволяет отобрать и усилить излучение строго определенной частоты, создавая когерентный и монохроматический лазерный луч.
Ответ: В лазерах оптический резонанс используется для отбора и усиления света определенной частоты, что обеспечивает монохроматичность и когерентность лазерного излучения.