Эксперимент 2, страница 178 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент 2

Проведите наблюдение за явлением акустического резонанса с использованием двух одинаковых камертонов (рис. 182). Ударьте один из камертонов и приглушите его звук прикосновением руки. Прослушайте звучание второго камертона. Объясните наблюдаемое явление.

Рис. 182. Акустический резонанс

Наблюдение

В ходе эксперимента, описанного в задании, наблюдается следующее:
1. После удара по первому камертону он начинает вибрировать и издавать звук.
2. Эти вибрации создают в окружающем воздухе звуковые волны, которые распространяются во все стороны.
3. Когда первый камертон принудительно останавливают (глушат рукой), он замолкает.
4. Сразу после этого становится слышно, что второй камертон, которого никто не трогал, начал звучать. Его звучание подтверждает, что он начал вибрировать.

Объяснение наблюдаемого явления

Наблюдаемое явление называется акустический резонанс. Оно объясняется следующими физическими принципами:

1. Собственная частота колебаний. Каждый камертон, как и любая упругая система, имеет свою собственную частоту колебаний ($f_0$). Это частота, с которой он предпочитает колебаться, если его вывести из положения равновесия. Так как в эксперименте используются два одинаковых камертона, их собственные частоты равны.

2. Вынужденные колебания. Звучащий первый камертон является источником звуковых волн, которые распространяются в воздухе с частотой, равной его собственной частоте $f_0$. Эти волны, достигая второго камертона, действуют на него как внешняя периодическая (вынуждающая) сила. Под действием этой силы второй камертон также начинает колебаться. Такие колебания называются вынужденными.

3. Явление резонанса. Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое происходит, когда частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы. В данном случае частота звуковых волн от первого камертона равна собственной частоте второго камертона. Из-за этого совпадения и возникает резонанс.

4. Передача энергии. В условиях резонанса происходит наиболее эффективная передача энергии от источника волн (первого камертона) к колебательной системе (второму камертону). Второй камертон поглощает энергию звуковых волн, и амплитуда его колебаний быстро и значительно возрастает. Когда амплитуда становится достаточно большой, второй камертон сам начинает интенсивно излучать звуковые волны, которые мы и воспринимаем как звук.

Деревянные ящики, на которых установлены камертоны (резонаторы), усиливают этот эффект. Они настроены так, чтобы их собственная частота колебаний также была близка к частоте камертона, что увеличивает громкость звука и эффективность передачи энергии.

Ответ: Наблюдаемое явление — это акустический резонанс. Он возникает потому, что звуковые волны, создаваемые первым камертоном, имеют частоту, которая совпадает с собственной частотой колебаний второго камертона. В результате этого совпадения частот (резонанса) амплитуда колебаний второго камертона резко возрастает, и он начинает звучать.