Номер 3, 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 3, страница 201.

Условие.

3. Как можно предотвратить явление резонанса?

Решение.

3. Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает, когда частота внешней периодической силы совпадает с собственной (природной) частотой колебательной системы. Чтобы предотвратить возникновение резонанса или ослабить его разрушительное действие, применяют следующие основные методы:

1. Изменение собственной частоты системы. Собственная частота колебательной системы определяется её физическими характеристиками (массой, жёсткостью, размерами). Например, для системы груза на пружине собственная циклическая частота вычисляется по формуле $ \omega_0 = \sqrt{k/m} $, где $ k $ — жёсткость пружины, а $ m $ — масса груза. Изменяя эти параметры, можно "отстроить" собственную частоту системы от частоты внешнего воздействия. Этот метод является ключевым при проектировании мостов, зданий и различных механизмов, чтобы их собственные частоты не совпадали с частотами возможных внешних сил (например, порывов ветра, шагов людей, работы двигателей).

2. Изменение частоты внешней силы. В тех случаях, когда это возможно, изменяют частоту вынуждающей силы так, чтобы она не совпадала с собственной частотой системы. Классический пример — солдатам запрещают идти по мосту "в ногу". Изменяя темп шага (частоту), они избегают резонанса. Аналогично, можно изменить скорость вращения двигателя, чтобы его вибрации не входили в резонанс с рамой автомобиля или станка.

3. Демпфирование. Этот метод заключается во введении в систему сил трения или сопротивления, которые преобразуют энергию колебаний в теплоту. Демпфирование не устраняет само условие резонанса (совпадение частот), но оно значительно уменьшает амплитуду колебаний при резонансе, делая её безопасной. Чем больше демпфирование, тем ниже и шире резонансный пик. Примерами служат амортизаторы в подвеске автомобиля, которые гасят колебания кузова, или специальные демпферы в высотных зданиях.

Ответ: Явление резонанса можно предотвратить, изменив собственную частоту колебательной системы или частоту внешней вынуждающей силы, чтобы они не совпадали. Также для борьбы с резонансом увеличивают демпфирование (трение) в системе, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний.