Резонанс в природе и технике вред и польза. Как можно улучшить звуковые свойства большого зала? Создание звуковых волн

Как на звук и световые волны влияет принцип резонанса? Что такое вибрации и резонансные частоты объектов? Какие повседневные примеры резонанса можно встретить в жизни? Как разбить бокал с помощью голоса? Если присмотреться, то можно увидеть примеры резонанса повсюду. Вот только некоторые из них несут пользу, а другие – вред.

Что такое резонанс?

Вы когда-нибудь задумывались над тем, как люди создают прекрасную музыку с помощью обыкновенных бокалов? По мере повышения воздействия на стекло звуковыми волнами оно может даже разбиться. Световые волны также взаимодействуют особыми способами с объектами вокруг себя. Поведение звуковых и световых волн объясняет, почему люди слышат звуки музыкальных инструментов и различают цвета. Изменения волновой амплитуды вызваны важным принципом, который называется резонансом. Примерами влияния на передачу звука и света являются вибрации.

Звуковые волны происходят от механических колебаний в твердых телах, жидкостях и газах. Световые волны исходят из вибрации заряженных частиц. Объекты, заряженные частицы и механические системы обычно имеют определенную частоту, на которой они склонны вибрировать. Это называется их резонансной частотой или их собственной частотой. Некоторые объекты имеют две или более резонансных частот. Пример резонанса: когда вы едете по ухабистой дороге, и ваш автомобиль начинает прыгать вверх и вниз – это пример колебания вашей машины на своей резонансной частоте, вернее резонансная частота амортизаторов. Вы можете заметить, что когда вы едете в автобусе, частота отскока немного медленнее. Это потому, что амортизаторы шины имеют более низкую резонансную частоту.

Когда звуковая или световая волна ударяет по объекту, она уже вибрирует на определенной частоте. Если эта частота будет соответствовать резонансной частоте объекта, то это приведет к тому, что вы получите резонанс. Он возникает, когда амплитуда колебаний объекта увеличивается за счет соответствующих колебаний другого объекта. Эту связь трудно представить без примера.

Резонанс и световые волны

Взять, к примеру, типичную световую волну (это поток белого света, который исходит от солнца) и направить ее на темный объект, пусть это будет черная змея. Молекулы в коже пресмыкающегося имеют набор резонансных частот. То есть электроны в атомах стремятся вибрировать на определенных частотах. Свет, спускающийся с солнца, – белый свет, который имеет многосоставную частоту.

Сюда входят красный и зеленый, синий и желтый, оранжевый и фиолетовый. Каждая из этих частот поражает кожу змеи. И каждая частота приводит к вибрации другого электрона. Желтая частота резонирует с электронами, резонансная частота которых желтая. Синяя частота резонирует с электронами, резонансная частота которых синяя. Таким образом, кожа змеи в целом резонирует с солнечным светом. Змея кажется черной, потому что ее кожа поглощает все частоты солнечного света.

Когда световые волны резонируют с объектом, они заставляют электроны вибрировать с большими амплитудами. Световая энергия поглощается объектом, и человеческому глазу не заметно, что свет возвращается обратно. Объект выглядит черным. Что делать, если объект не поглощает солнечный свет? Что если ни один из его электронов не резонирует со световыми частотами? Если резонанс не возникает, то вы получите передачу, пропускание световых волн через объект. Стекло кажется прозрачным, потому что оно не поглощает солнечный свет.

Свет все еще вызывает вибрации электронов. Но поскольку он не соответствует резонансным частотам электронов, колебания очень малы и проходят от атома к атому через весь объект. Объект без резонанса будет иметь нулевое поглощение и 100 % передачу, например стекло или вода.

Музыка и резонанс звуковых волн

Резонанс для звука работает так же, как и для света. Когда один объект вибрирует на частоте второго объекта, тогда первый заставляет второй вибрировать с высокой амплитудой. Так возникает акустический резонанс. Примером служит игра на любом музыкальном инструменте. Акустический резонанс отвечает за музыку, создаваемую трубой, флейтой, тромбоном и многими другими инструментами. Как работает это удивительное явление? Можно привести пример резонанса, который имеет положительный эффект.

Пройдя в собор, где играет органная музыка, можно заметить, что вся стена заполнена огромными трубами всех размеров. Некоторые из них очень короткие, а другие доходят до потолка. Для чего нужны все трубы? Когда начинает играть прекрасная музыка, можно понять, что звук исходит от труб, он очень громкий и, кажется, заполняет весь собор. Как такие трубы могут звучать так громко? Во всем виноват акустический резонанс, и он не является единственным инструментом, который использует это удивительное явление.

Создание звуковых волн

Чтобы понять, что происходит, вам сначала нужно немного узнать о том, как звук проходит по воздуху. Звуковые волны создаются, когда что-то вызывает вибрацию молекул воздуха. Затем эта вибрация перемещается, как волна, наружу во всех направлениях. Когда волна проходит по воздуху, есть области, где молекулы сжимаются ближе друг к другу, и области, где молекулы вытягиваются дальше друг от друга. Расстояние между последовательными сжатиями или расширениями известно как длина волны. Частота измеряется в единицах Герца (Гц), а один Герц соответствует одной скорости сжатия волны в секунду.

Люди могут обнаруживать звуковые волны с частотами от 20 до 20 000 Гц! Однако они не все звучат одинаково. Некоторые звуки высокие и скрипучие, в то время как другие низкие и глубокие. То, что вы на самом деле слышите, – это разница в частоте. Итак, как частота относится к длине волны? Скорость звука немного меняется в зависимости от температуры воздуха, но обычно она составляет около 343 м/с. Поскольку все звуковые волны движутся с одинаковой скоростью, частота будет уменьшаться по мере увеличения длины волны и возрастать при уменьшении длины волны.

Вредный резонанс: примеры

Часто люди принимают мостостроение и безопасность как должное. Однако иногда происходят катастрофы, заставляющие поменять свою точку зрения. 1 июля 1940 года в Вашингтоне был открыт мост Такома-Нэрроуз. Это был подвесной мост, третий по величине в мире для своего времени. Во время строительства мост получил прозвище «Галопирование Герти» из-за того, как он качался и сгибался на ветру. Это волнообразное колебание в конце концов привело к его крушению. Мост рухнул 7 ноября 1940 года во время бури, всего через четыре месяца его эксплуатации. Прежде чем узнавать о резонансной частоте и о том, что это связано с катастрофой моста Такома-Нэрроуз, сначала нужно понять что-то, называемое гармоническим движением.

Когда у вас есть объект, периодически колеблющийся назад и вперед, мы говорим, что он испытывает гармоническое движение. Один прекрасный пример проявления резонанса, испытывающего гармоническое движение, – свободная подвесная пружина с прикрепленной к ней массой. Масса заставляет пружину растягиваться вниз, пока в конце концов пружина не сжимается назад, чтобы вернуться к своей первоначальной форме. Этот процесс продолжает повторяться, и мы говорим, что пружина находится в гармоническом движении. Если вы посмотрите видео с моста Такома-Нэрроуз, то увидите, что он колебался, прежде чем рухнул. Он проходил гармоническое движение, как пружина с прикрепленной к ней массой.

Резонанс и качели

Если вы один раз толкнете своего друга на качелях, они несколько раз будут совершать колебательные движения и через некоторое время остановятся. Эта частота, когда колебание самопроизвольно колеблется, называется собственной частотой. Если вы даете толчок каждый раз, когда ваш друг возвращается к вам, он будет качаться все выше и выше. Вы нажимаете с частотой, аналогичной собственной частоте, и амплитуда колебаний возрастает. Такое поведение называется резонансом.

Несомненно, это один из примеров полезного резонанса. Среди прочих нагревание пищи в микроволновой печи, антенна на радиоприемнике, принимающем радиосигнал, игра на флейте.

На самом деле, есть также множество плохих примеров. Разрушение стекла высоким тональным звуком, разрушение моста легким ветерком, обрушение зданий при землетрясениях – все это примеры резонанса в жизни, которые не просто вредные, но и опасные, в зависимости от силы воздействия.

Разрушительная сила звука

Многие наверняка слышали о том, что винный бокал можно разбить голосом оперной певицы. Если вы слегка ударите бокал ложкой, он будет «звонить», как колокол, на своей резонансной частоте. Если на стекло оказывается звуковое давление на определенной частоте, оно начинает вибрировать. По мере того как стимул продолжается, вибрация в бокале накапливается до тех пор, пока он не разрушится, когда будут превышены механические пределы.

Примеры полезного и вредного резонанса повсюду. Микроволны окружают все вокруг, от микроволновой печки, которая разогревает пищу без применения внешнего тепла, до вибраций в земной коре, приводящих к разрушительным землетрясениям.

«УТВЕРЖДАЮ»

руководитель методического объединения

(физика, химия, биология)

Шадури М. И._______________ «_15__»_____декабря_______2015__ г.

Составитель: преподаватель физики Гарагуля С.Л.

Предмет: физика

Тема урока: «Звуковой резонанс»

КОНСПЕКТ ОТКРЫТОГО УРОКА

Методическая цель урока : активизация познавательной деятельности суворовцев в процессе изучения звукового резонанса

Образовательная цель урока : познакомить суворовцев с явлением звукового (акустического) резонанса, сформировать у суворовцев понимание условий, необходимых для получения звукового резонанса. Рассмотреть практическое использование звукового резонанса.

Воспитательная цель урока : способствовать повышению культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу, подчеркивая практическую значимость приобретенных знаний и умений. Способствовать развитию творческого отношения к учебной деятельности в процессе совместной работы при изучении особенностей звукового резонанса.

Развивающая цель урока : создать условия для развития исследовательских и творческих навыков, навыков общения и совместной деятельности. Обеспечить условия для развития умений устанавливать причинно-следственные связи между явлением резонанса и условиями, необходимыми для его возникновения. Способствовать развитию умений учащихся обобщать полученные знания, проводить анализ, синтез, сравнения, делать необходимые выводы

Тип урока : урок ознакомления с новым материалом

Вид урока : смешанный

Форма организации урока : групповая

Используемые педагогические технологии : технология развивающего обучения,

Метод обучения : частично-поисковый

Материальное обеспечение урока:

Камертоны с резонаторами (частотой 440Гц)

Камертоны без резонаторов (частотой 440Гц)

Камертоны другой частоты

Компьютер и мультимедийный проектор

Видеофрагмент №1 «Звуковой резонанс»

Видеофрагмент №2 «Акустическое оружие»

Видеофрагмент №3 «Влияние музыки на песок, воду и огонь»

Фотографии резонаторы в музыкальных инструментах, резонаторы у зайца и у слона.

Фонендоскоп

Листы картона

Лис ватмана и маркеры

Основные этапы открытого урока

Этапы урока

Время

Цели и задачи

Деятельность преподавателя

Деятельности суворовца

1

Организационый

3

Подготовка суворовцев к занятию

Проверяет готовность суворовцев к занятию, побуждая к активной работе на уроке. Принимает рапорт

Сдают рапорт. Полная готовность суворовцев включение суворовцев в деловой ритм.

2

целеполагание

3

Обеспечение мотивации и принятия суворовцами цели урока

Проводит эксперимент с камертонами, подводит суворовцев к формулировке цели урока

Суворовцы совместно с преподавателем участвуют в демонстрации эксперимента, самостоятельно формулируют цель урока

3

Поисковый

7

Постановка проблемной задачи практического характера

Формирует поисковые группы, побуждает желания суворовцев самостоятельно добывать все недостающие факторы при исследовании особенностей акустического резонанса

Суворовцы, работая в группах, самостоятельно исследуют условия возникновения резонанса и факторы, влияющие на степень выраженности резонанса, делают самостоятельные выводы

4

Актуализация знаний учащихся

5

Актуализация опорных знаний и умений в объяснении явления акустического резонанса и условий необходимых для его существования

Предлагает вопросы, позволяющие систематизировать полученные экспериментальные данные по установлению условий, приводящих к возникновению звукового резонанса (приложение1) , обращает внимание на факторы, позволяющие получать наиболее выраженный звуковой резонанс

Суворовцы, работая в группах, формулируют условия возникновения резонанса и определяют факторы, влияющие на проявление акустического резонанса. Делают необходимые записи в тетради.

4

Усвоение новых знаний

17

Рассмотрение различных проявлений звукового резонанса в природе, медицине, технике и военном деле

Предлагает к рассмотрению вопросы, демонстрирует видеофрагмент№1, предлагает к применению устройства, работающие за счет звукового резонанса (стетоскоп, рупор), предлагает к самостоятельному рассмотрению дополнительный материал (приложение2)

Отвечают на вопросы преподавателя, участвуют в практической деятельности, работают с дополнительной литературой, делают сообщения по анной теме

5

Обобщение и систематизация

5

Обобщение и систематизация условий и примеров проявления звукового резонанса

Предлагает по группам записать все примеры проявления и использования звукового резонанса в природе, медицине, технике и военном деле. Демонстрирует видеофрагмент №2

Суворовцы работают в группах, обобщая информацию, полученную на уроке, обсуждают информацию, дополняя друг друга

6

Рефлексия, подведение итогов урока

3

Мобилизация суворовцев на рефлексию своих действий на уроке

Помогает суворовцам осмыслить и правильно оценить свои действия на уроке, предлагая выполнить задание по группам (приложение3) Демонстрирует видеофрагмент №3

Осмысление суворовцами результатов своих действий на уроке при письменном ответе на поставленные перед ними вопросы

7

Задание на самоподготовку, инструктаж по его выполнению

2

Обеспечение понимания цели, содержания и способов выполнения домашнего задания. Проверка соответствующих записей

Выдает суворовцам домашнее задание с подробными пояснениями по его выполнению

Задание на сам\по: итоги гл.6 упр.6

Получают задание с подробными пояснениями его выполнения

Преподаватель___________Гарагуля С.Л. «__15__»___декабря_______________2015_г.

План-конспект урока:

1.Здравствуйте товарищи суворовцы. Предлагаю заполнить лист рефлексии (анонимно) Прежде чем начать наш урок проверим, готовы ли мы к работе. На столах перед ними развернутыми в мою сторону стоят камертоны (нота ля). Я возбуждаю камертон и останавливаю. Суворовцы слушают свои камертоны. Как вы думаете, о чем сегодня пойдет речь на нашем уроке? Правильно сегодня мы будем говорить о звуковом резонансе. Записали тему урока и домашнее задание.

Приложение 1

Товарищи суворовцы, а что такое звук? Что является причиной возникновения звука? А какие величины характеризуют звук? (громкость, определяется амплитудой колебаний, измеряется в Беллах и децибелах, высота звука зависит от частоты, интенсивность звука, определяется энергией, переносимой через единицу поверхности за 1с. Я предлагаю вам, используя камертоны, выяснить (условия которые должны исследовать записать на доске)

1) Какие условия должны выполняться,чтобы возник звуковой резонанс.

2) при каких условиях резонанс не возникает. Какие факторы влияют на степень выраженности резонанса, т.е.

3)при каких условиях резонанс более отчетливо выражен . (Суворовцы, работают в группах, обсуждают). Из гостей, присутствующих на уроке сделать еще одну группу (по возможности)

Суворовцы докладывают, к каким выводам они пришли. Обобщаем сказанное, и демонстрирую еще раз резонанс, кладу кусочек мела на один из камертонов и обсуждаем, почему нет резонанса (В результате возбуждения ветвей одного из камертонов вокруг него возникает звуковая волна и он выступает в качестве вынуждающей силы. В случае, если собственная частота колебаний второго камертона совпадет с частотой первого, то возникает резонанс, т.е. произойдет резкое увеличение амплитуды колебаний ветвей второго камертона и он зазвучит). Записываем в тетради, что такое резонанс и условие резонанса. Какова роль ящика под камертоном? Это резонатор. Он подобран таким образом, чтобы частота его собственных колебаний совпадала с частотой колебаний камертона. (обратить внимание, что для камертонов разных частот размеры резонаторов отличаются друг от друга. Площадь ящика намного превосходит площадь ветвей камертона, т.е. звучит и сам резонатор тоже. Обратите внимание, что наиболее выражен резонанс когда резонаторы повернуты друг к другу, т.е. объем воздуха в резонаторе увеличивается, что приводит к дополнительному усилению отражающихся от поверхностей резонаторов волн. Внутри ящика волны накладываются друг на друга, усиливаются и выходят из отверстия направленным потоком. Покрутить резонатор. Закрыть и открыть его рукой.

А как вы думаете, что общего между слоном и зайцем (на экран вывести их фотографии)? (их уши- это большие резонаторы, обратите внимание на то, что уши слона в складочку и внутри ушей есть волоски-резонаторы, что усиливает звуковой резонанс. Кроме того хобот слона это тоже резонатор. Знаете ли вы, что слоны слышат друг на расстоянии 10 км (правда они еще слышат инфразвук через подошвы ног. Слоны в день пьют 140-160л воды и без нее они не могут. Поэтому слоны слышат ливневые дожди на расстоянии 240 км. Вы обращали внимание, как громко квакают лягушки. У них тоже есть свои резонаторы А есть ли у нас резонаторы? (ушная раковина, горло). Предложить суворовцам тихо сказать ура и громко.. А если не хватает сил, то можно… Сложить из картона рупор и продолжать говорить в рупор. Рупор увеличивает объем резонатора, что приводит к дополнительному усилению звука. Или вы знаете, что когда плохо слышно к ушной раковине прикладывают руку (показать). Где еще используется звуковой резонанс? (Раздать суворовцам материал, который они читают и докладывают)

Приложение 2

В каждом музыкальном инструменте есть свой резонатор, используемый для усиления звучания и для придания звуку окраски (тембра).Особая форма гитары, скрипки, валторны, органа, барабана -это резонаторы. Увеличивая площадь поверхности, используя определенную форму, используя определенный состав лака, настраивают музыкальный инструмент в резонанс с резонатором и мы слышим прекрасную музыку. Если посмотреть внутрь большого органа, то увидим множество труб различных по длине от 5см до 6м и более. Некоторые трубы сделаны из дерева, некоторые из металла, некоторые квадратного сечение, некоторые круглого сечения, резонанс столбов воздуха в этих трубах порождает красивое звучание органной музыки. Замкнутые пространства под эстрадой концертных залов и под оркестровой ямой оперных театров также являются своеобразными резонаторами, усиливающими звучность. Аналогичную роль играют подвесные «мембранные потолки» концертных и театральных залов

Звуковой резонанс используют врачи, например для того, чтобы прослушать сердечко еще не рожденного ребенка. (показать стетоскоп), фонендоскоп. Распространенный звуковой метод диагностики заболеваний – выслушивание. Для этого используют стетоскоп, деревянную трубочку или фонендоскоп. Фонендоскоп состоит из полой капсулой с передающей звук мембраной, прикладываемой к телу человека, от нее идут резиновые трубки, идущие в ухо врача. В полой капсуле возникает резонанс столба воздуха, вследствие чего усиливается звучание и врач слышит (показать фонендоскоп).

В аэродинамике известно вредное явление фляттер, представляющее собой вредное резонансное дрожание крыла самолета в полете, что может привести к поломке самолета. Долгое время не могли гасить эти колебания, пока не догадались у передней кромки крыла делать утяжеление, т.е менять собственную частоту колебаний, что гасила вредные резонансные колебания. Природа тоже в течение веков выработала борьбу с фляттером. Так, например, у стрекоз в передней части крыла тоже есть хитиновое утолщение. Удаление его не лишает стрекозу возможности летать, но она будет порхать как бабочка, что нарушает правильность полета.

В начале июня 1960 года американский посол продемонстрировал в ООН в Нью-Йорке герб Соединенных штатов, который висел в кабинете американского посла в Москве. В ней был спрятан крохотный жучок, который будучи приведен в действие, передавал на советский пост контроля все, что говорилось в кабинете посла. Мировая практика создания и использования подслушивающих устройств ничего подобного раньше не знала. Это был пассивный жучек, под кодовым названием Златоуст, т.к.: ни элементов питания, ни проводов, ни тока - ничего такого, что можно было бы обнаружить.Устройство напоминало собой крошечного головастика с маленьким хвостиком. Приводилось в действие оно источником микроволнового сигнала, который заставлял рецепторы головастика резонировать. Голос человека влиял на характер резонансных колебаний устройства, позволяя осуществлять перехват речи. Микрофон мог функционировать бесконечно долго за счет микроволновых импульсов, подаваемых ему чрезвычайно мощным генератором с расстояния до 300 метров. Господину послу в Артеке в торжественной обстановке вручили огромный, сверкающий лаком деревянный герб США, который на восемь лет переселился в сверхсекретный кабинет американского посланника. Причем, заложенный в гербе микрофон – жучек пережил аж четырех послов, исправно выполняя свою секретную функцию.
Каждый из них, прежде чем приступить к исполнению служебных обязанностей, считал своим долгом сменить обстановку в рабочем кабинете. Послы меняли все - шторы, кресла, стол, стулья и даже чернильницы. Несменяемым в кабинете оставался только герб. Обнаружить жучка "помог" советский предатель, который и сообщил американцам о том, что их постоянно подслушивают.
Впрочем, даже после разоблачения "Златоуст" продолжил свою жизнь. Сначала его "пытали" на предмет устройства (для того чтобы скопировать). А потом отправили в музей.

Рассказывают, что при пении Федор Ивановича Шаляпина

дрожали (резонировали) хрустальные подвески люстр. От того ли, что голос был громким? Вовсе

Задать? А встречались ли вы, с проявлениями звукового резонанса.(может быть вспомнят про Эолову арфу или про звучание проводов при ветре. (Если не вспомнят, то напомнить)

Мы с вами знаем, что основное свойство волн это… (они говорят- перенос энергии без переноса вещества. А от чего зависит энергия волны? (отвечают: от квадрата амплитуды колебаний). Таким образом, если при резонансе резко увеличивается амплитуда колебаний, значит, увеличивается и энергия волны. Давайте посмотрим… (видеофрагмент№1 звуковой резонанс 2 минуты). А как вы думаете, зачем артиллеристы, танкисты одевают шлемы? Чтобы уменьшить последствия звукового резонанса. Энергия звуковой волны может приводить к разрушительному действию и тогда когда сверхзвуковой самолет преодолевает звуковой барьер. (на экран вывести фото сверхзвукового самолета)

Ударная волна Разрушительная сила звука проявляется в так называемой ударной волне, которая образуется когда, например, самолет двигается со сверхзвуковой скоростью. (На доске показать сравнение скорости звука и скорости, например истребителя). Если самолет движется со сверхзвуковой скоростью, то волны, нагромождаясь друг на друга, вписываются в некоторый угол. (рис. стр.60 рис. 22(в). При наложении волн друг на друга происходит усиление горбов и впадин волн, т.е увеличение амплитуд колебаний результирующих волн, а значит и значительное увеличение энергии волны. Ударная волна возникает по существу благодаря наложению друг на друга большого количества волн. Это аналогично образованию носовой волны морского корабля, когда он движется со скоростью превосходящей скорость, образуемых им волн. В момент, когда самолет достигает скорости звука, он преодолевает барьер, образованный звуковыми волнами перед ним, ему требуется дополнительное усилие, для преодоления этого звукового барьера и в тот момент возникает акустический удар, который продолжается доли секунды, но этого достаточно, чтобы разбить окна или вызвать другие повреждения. Он может вызвать психологический дискомфорт. Фактически акустический удар, вызываемый сверхзвуковым самолетом представляет собой двойной удар, поскольку ударная волна образуется как спереди так и позади самолета. Но еще более ощутимое последствие звукового резонанса проявляется в использовании так называемого звукового или акустического оружия (видео№2 акустическое оружие-5минут).

Приложение 3

Итак, мы сегодня познакомились с разнообразными примерами проявлениями звукового резонанса. Предлагаю вам записать, что вы сегодня узнали о резонансе. Работают по своим группам на полуватмане. Рисуют солнце-резонанс, а лучики примеры его использования. Вывешиваем на доске и после этого обсуждаем. Суворовцы знакомятся с работами других групп и, если возникает необходимость, дополняют друг друга.

Заполняем лист рефлексии и в конце урока видео №3 Влияние музыки на песок (в качестве благодарности присутствующим). Обговариваем влияние звука не только на песок и структуру вещества, но и на нашу психику. Особенно влияние тяжелого психоделического рока.

Преподаватель озвучивает оценки за урок, благодарит суворовцев за работу на уроке и всех присутствующих, за уделенное внимание.

Прежде чем приступить к знакомству с явлениями резонанса, следует изучить физические термины, связанные с ним. Их не так много, поэтому запомнить и понять их смысл будет несложно. Итак, обо всем по порядку.

Что такое амплитуда и частота движения?

Представьте обычный двор, где на качелях сидит ребенок и машет ножками, чтобы раскачаться. В момент, когда ему удается раскачать качели и они достигают из одной стороны в другую, можно подсчитать амплитуду и частоту движения.

Амплитуда - это наибольшая длина отклонения от точки, где тело находилось в положении равновесия. Если брать наш пример качелей, то амплитудой можно считать наивысшую точку, до которой раскачался ребенок.

А частота - это количество колебаний или колебательных движений в единицу времени. Измеряется частота в Герцах (1 Гц = 1 колебание в секунду). Возвратимся к нашим качелям: если ребенок проходит за 1 секунду только половину всей длины качания, то его частота будет равна 0,5 Гц.

Как частота связана с явлением резонанса?

Мы уже выяснили, что частота характеризует число колебаний предмета в одну секунду. Представьте теперь, что слабо качающемуся ребенку взрослый человек помогает раскачаться, раз за разом подталкивая качели. При этом данные толчки также имеют свою частоту, которая будет усиливать либо уменьшать амплитуду качания системы "качели-ребенок".

Допустим, взрослый толкает качели в то время, когда они движутся навстречу к нему, в таком случае частота не будет увеличивать амлитуду движения То есть сторонняя сила (в данном случае толчки) не будет способствовать усиления колебания системы.

В случае если частота, с которой взрослый раскачивает ребенка, будет численно равна самой частоте колебания качелей, может возникнуть являение резонанса. Другими словами, пример резонанса - это совпадение частоты самой системы с частотой вынужденных колебаний. Логично представить, что частота и резонанс взаимосвязаны.

Где можно наблюдать пример резонанса?

Важно понимать, что примеры проявления резонанса встречаются практически во всех сферах физики, начиная от звуковых волн и заканчивая электричеством. Смысл резонанса заключается в том, что когда частота вынуждающей силы равна собственной частоте системы, то в этот момент достигает наивысшего значения.

Следующий пример резонанса даст понимание сути. Допустим, вы шагаете по тонкой доске, перекинутой через речку. Когда частота ваших шагов совпадет с частотой или периодом всей системы (доска-человек), то доска начинает сильно колебаться (гнуться вниз и вверх). Если вы продолжите двигаться такими же шагами, то резонанс вызовет сильную амплитуду колебания доски, которая выходит за пределы допустимого значения системы и это в конечном счете приведет к неминуемой поломке мостика.

Существуют также те сферы физики, где можно использовать такое явление, как полезный резонанс. Примеры могут удивить вас, ведь обычно мы используем его интуитивно, даже не догадываясь о научной стороне вопроса. Так, например, мы используем резонанс, когда пытаемся вытащить машину из ямы. Вспомните, ведь легче всего достичь результат только тогда, когда толкаешь машину в момент ее движения вперед. Этот пример резонанса усиливает амплитуду движения, тем самым помогая вытащить машину.

Примеры вредного резонанса

Сложно сказать, какой резонанс в нашей жизни встречается больше: хороший или же наносящий нам вред. Истории известно немалое количество ужасающих последствий явления резонанса. Вот самые известные события, на которых можно наблюдать пример резонанса.

1. Во Франции, в городе Анжера, в 1750 году отряд солдат шел в ногу через цепной мост. Когда частота их шагов совпала с частотой моста, размахи колебаний (амплитуда) резко увеличились. Наступил резонанс, и цепи оборвались, а мост обрушился в реку.
2. Бывали случаи, когда в деревнях дом был разрушен из-за проезжающего по главной дороге грузового автомобиля.

Как видите, резонанс может иметь весьма опасные последствия, вот почему инженерам следует тщательно изучать свойства строительных объектов и правильно вычислять их частоты колебаний.

Полезный резонанс

Резонанс не ограничивается только плачевными последствиями. При внимательном изучении окружающего мира можно наблюдать множество хороших и выгодных для человека результатов резонанса. Вот один яркий пример резонанса, позвляющий получать людям эстетическое удовольствие.

Устройсто многих музыкальных инструментов работает по принципу резонанса. Возьмем скрипку: корпус и струна образуют единую колебательную систему, внутри которой имеется штифт. Именно через него передаются частоты колебаний из верхней деки в нижнюю. Когда лютьер водит смычком по струне, то последняя, подобно стреле, побеждает своей трение канифольной поверхности и летит в обратную сторону (начинает движение в противоположную область). Возникает резонанс, который передается в корпус. А внутри его есть специальные отверстия - эфы, сквозь которые резонанс выводится наружу. Именно таким образом он контролируется во многих струнных инструментах (гитара, арфа, виолончель и др).

Каждый, кто мало-мальски профессионально играет на акустической гитаре или скрипке, знает, как важен материал, из которого изготовлен инструмент, и его окраска. И важно это совсем не для того, чтобы инструмент выглядел красиво, а для правильного звукоизвлечения. Почему же так важен корпус? Как он влияет на свойства звука?

Резонанс звуковых волн

Чтобы ответить на этот вопрос надо вспомнить, что такое явление резонанса . Когда колебания какой-либо колебательной системы совпадают с вынуждающими колебаниями , происходит их резкое усиление. В этом заключается явление резонанса. А так как звук это тоже колебания, то логично предположить, что явление резонанса не чуждо и звуку. И это так.

Например, если расположить рядом два камертона и легонько стукнуть по одному из них, то приглушив его, можно услышать, как издает звук и другой, которого не касались. Это происходит вследствие того, что второй камертон попадает в резонанс с первым и его колебания резко возрастают. Так осуществляется звуковой резонанс.

Звуковой резонанс в гитаре

Вернемся к гитаре. Звук, издаваемый самой гитарной струной не слишком громкий. Для того, чтобы усилить этот звук, струны располагают поверх корпуса, который делают специальной формы и размера. В середине корпуса обязательно имеется отверстие круглой формы для выхода звука. Звук струны, попадая внутрь корпуса, резонирует и усиливается, отчего гитара звучит намного громче.

Настройка гитары - это также пример явления звукового резонанса. Если настроить первую струну по камертону, а потом зажать вторую струну на определенном ладу (опредлеленная нота) и дернуть ее, то можно увидеть, как первая струна слегка поддергивается (при условии, что гитара настроена правильно).

От качества дерева, из которого изготовлена гитара, зависит не только сила, но и чистота, и тембр извлекаемого звука. Влияет на это и покраска, и лак на дереве. Именно поэтому изготовить качественную гитару или скрипку совсем не просто, и качественные инструменты стоят больших денег. Так, явление звукового резонанса из физики перекочевало в иные сферы и плотно там обосновалось.

Интерференция звука

Звук, как и любые другие колебания, может не только резонировать, но и создавать более сложные картины. Например, в случае, когда мы имеем звуковые колебания одной частоты и разности фаз, будет происходить интерференция звука.

Колебания будут складываться, и суммарная звуковая волна будет зависеть от того, как расположены по отношению друг к другу волновые фазы. В точках, где фазы волн будут одинаковы, их амплитуда будет максимальна, а в противофазе их амплитуда будет равна нулю.

То есть будут места, где звук будет очень громким, а в некоторых местах будет стоять тишина, несмотря на прохождение через это место звуковых волн. Но это можно наблюдать в основном в лаборатории, так как в жизни практически не приходится встречать подобные ситуации, когда мы имеем звуковые волны одинаковых частот и разности фаз без присутствия посторонних звуков.