☰ Содержание · Физика

Лабораторная работа с маятником и резонанс

Уроки 24–25 · 2 урока · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
25

Вынужденные колебания. Резонанс в технике

Учебник: с. 86–89
ЦельОбъяснять вынужденные колебания, условие резонанса и его полезную и вредную роль в технике.
Новые слова
затухающие колебания · so‘nuvchi tebranishвынужденные колебания · majburiy tebranishвынуждающая сила · majburlovchi kuchрезонанс · rezonans
Объяснение

В реальной среде свободные колебания затухают из-за трения: амплитуда уменьшается, а энергия превращается в тепло. Чтобы колебания не затухали, на систему должна действовать периодически изменяющаяся внешняя — вынуждающая — сила; такие колебания называются вынужденными. Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей силы. Когда частота ν вынуждающей силы приближается к собственной частоте ν₀ системы, амплитуда резко возрастает; при ν = ν₀ она наибольшая — это резонанс. При малом трении резонансный пик выше и уже. Резонанс используют, когда раскачивают качели в нужные моменты, настраивают радиоприёмник на волну, а также в музыкальных инструментах. Он вреден, когда разрушает мосты, здания или детали машин; поэтому солдаты переходят мост не в ногу, а машины строят с гашением вибраций.

Примеры
Собственная частота качелей 0,5 Гц. Если их толкать каждые 2 с, частота вынуждающей силы ν = 1/2 = 0,5 Гц = ν₀: резонанс, амплитуда быстро растёт. Если толкать каждую 1 с, ν = 1 Гц ≠ ν₀, эффект слабый.
Собственная частота моста 2 Гц. Если пешеходы идут по 2 шага в секунду, возникает вынуждающая сила частотой 2 Гц, и может возникнуть резонанс; поэтому группам советуют не переходить мост в ногу.
Работа в классе

На школьной площадке, только под наблюдением учителя: осторожно раскачивайте качели в разном ритме и наблюдайте, при каком ритме они раскачиваются сильнее всего. Ребёнок на качелях должен сидеть правильно; не раскачивайте очень высоко и не стойте перед качелями.

Упражнения
1
Что такое резонанс? Когда он возникает?
2
Собственная частота системы 8 Гц. При какой частоте вынуждающей силы (Гц) возникает резонанс?
3
Качели толкают с периодом 0,25 с. Какова частота вынуждающей силы (Гц)?
4
Приведите один полезный и один вредный пример резонанса.