Класс!ная физика



Колебания и резонанс. Опыты

11.2016

Каждое тело имеет собственную частоту колебаний.
А если на тело периодически действует с частотой, равной или кратной собственной частоте колебаний, посторонняя, пусть даже небольшая сила, то она вынуждает тело колебаться со все большей и большей амплитудой, и возникает резонанс.
При резонансе амплитуда колебаний тела может стать очень большой.



Опыт 1

Возьмите две одинаковые по объему пластиковые бутылки в разные руки и подуйте поверх горлышка одной из них. У вас должен получиться постоянный звук.
Запомните его высоту и громкость.

Продолжайте дуть и поднесите горлышко другой бутылки к уху. Обратите внимание на любые изменения высоты и громкости звука, которые при этом могут произойти.

Когда вы просто подули над горлышком первой бутылки, вы услышали звук. Когда вы, продолжая дуть, поднесли вторую бутылку к уху, вы услышали звук той же высоты, что и от первой бутылки, но более громкий.

Почему?
Так как обе бутылки одинаковые, они имеют одну и ту же собственную частоту колебаний. Когда вы дуете на бутылку поверх ее горлышка, воздух внутри нее начинает колебаться. Эти колебания передаются воздуху, окружающему горлышко бутылки, и далее достигают второй бутылки. Воздух во второй бутылке тоже начинает колебаться.

Вторая бутылка зазвучала «сама по себе», вы на нее не дули. Это произошло потому, что колебания воздуха, дошедшие до нее, имели частоту, равную собственной частоте этой бутылки.

Поскольку частота колебаний для обеих бутылок совпадает, произошло наложение двух звуковых волн, возникла звуковая волна с большей амплитудой и появился более громкий звук.

Итак, звуковые волны, пришедшие от двух бутылок вместе, породили более громкий звук. Высота его при этом осталась прежней.

Опыт 2

Как влияет на резонанс расстояние, на котором находится колеблющееся тело?

Повторите опыт, но попросите, чтобы кто-нибудь подержал одну бутылку около своего уха, пока вы дуете на другую. Встаньте на расстоянии 1 м друг от друга, затем разойдитесь на 2 м. Поменяйтесь местами. Пусть ваш помощник подует на горлышко одной бутылки, а вы подержите другую бутылку возле своего уха и послушайте, как она звучит.

Опыт 3

Как размер тела влияет на его резонанс?

Возьмите два бумажных кольца. Докажем, что при уменьшении длины окружности кольца возрастает частота, на которой оно начинает сильно колебаться и резонировать.

Отрежьте от бумаги полоски шириной примерно 1,2—1,3 см. Одна полоска должна иметь длину 25 см, а другая — 20 см. Склейте концы полосок так, чтобы получились два кольца. Возьмите кусок картона размером 10 х 10 см и приклейте оба кольца примерно в его центре на расстоянии 2,5 см.

Встряхните картонку из стороны в сторону.
Начните с малой частотой медленно двигать картон вперед и назад.
Постепенно повышайте частоту «картонотрясений», увеличивая скорость ваших колебаний. Обратите внимание на то, когда начнут колебаться бумажные кольца.

Опыт 4

Как зависит резонанс от жесткости материала?

Повторите опыт, используя жесткую бумагу для колец. Прикрепите кольца из жесткой бумаги на тот же картон. Теперь на одном листе картона у вас рядом 4 кольца. Потрясите картон и понаблюдайте за кольцами одинакового размера. Отличаются ли их частоты колебаний?

ПОЙМАЙ МОМЕНТ

Отрежьте нитку длиной до 45 см. Привяжите нитку к карандашу. Прикрепите лентой нитку к столу, так чтобы около 30 см с карандашом на конце свисало со стола. Встаньте на корточки или на четвереньки рядом со столом, чтобы карандаш висел на расстоянии около 30 см от вашего лица. Изо всех сил дуйте на карандаш.

Посмотрите, как движется карандаш. Слегка подуйте на карандаш. Поймайте момент, когда качающийся карандаш начинает удаляться от вас и слегка дуньте ему вслед. Повторите это десять раз. Снова понаблюдайте за движением карандаша.
Легкими дуновениями вы разгоняете карандаш сильнее, чем это удалось сделать, подув на него изо всей силы.
Почему?

Амплитуда (размах) движения любого качающегося предмета может значительно возрасти, если этот предмет подталкивать легкими толчками. Каждый предмет характеризуется определенной величиной собственных, или свободных, колебаний (он будет так качаться, если, например, изготовить из него маятник).

Прилагая к предмету внешнюю периодически действую щую силу - слабое усилие с частотой, равной собственным колебаниям, в момент начала качка этого предмета, мы подталкиваем его как раз в нужный момент. Возникает явление механического резонанса, что даже при слабой силе приводит к резкому увеличению амплитуды раскачивания.


Источник: Дж. Ванклив "Занимательные опыты по физике" и "200 экспериментов"





Устали? - Отдыхаем!

Вверх