TwiddleLab / Физика / Волны и звук

Резонанс: толкаем вовремя

Урок 8 из 10 · 7 мин · Бесплатно, без аккаунта

Что ты узнаешь

• У всего, что может качаться или колебаться, есть собственная частота: свой ритм, когда его оставляют в покое.
• Резонанс: толчки в такт этому ритму складываются, поэтому маленькие толчки дают большие размахи.
• Ритм качелей зависит от их длины, а не от того, кто на них сидит. Бокалы, мосты и радио тоже резонируют.

Начать урок

Как идёт урок

1. Маленький ребёнок может раскачать взрослого на качелях очень высоко. В чём секрет?

2. Толкай качели. Получится раскачать выше?

   Каждый толчок одинаковый и маленький.

3. Робот толкает в ровном ритме. Найди ритм, который даёт самый большой размах.

   Если толчки приходят на собственной частоте качелей, каждый приходит, когда сиденье только начинает движение вперёд, поэтому каждый толчок добавляет энергию. Любой другой ритм иногда толкает против движения.

4. Резонанс.

   Если качели оставить в покое, они качаются туда-сюда на своей собственной частоте.

   Толкай в такт ей, и каждый толчок добавляется к прошлому: качели раскачиваются сильно. Это резонанс.

   Полезно: радио настраивается на одну станцию, корпус гитары делает струну громче. Вредно: стиральная машина трясёт пол, нота певца разбивает бокал.

   Упрощение: качели это маятник с маленькими размахами и небольшим сопротивлением воздуха. Тогда их частота √(g/L) ÷ 2π: около 0,35 Гц для 2 м.

5. Игра: раскачай высоко. Достань до зелёного флажка не больше чем за 10 толчков.

6. Короткие качели и длинные. У каких собственная частота выше?

   Поменяй и ребёнка на взрослого.

   Собственная частота маятника √(g/L) ÷ 2π: в ней только длина (и притяжение). Более тяжёлому седоку нужна большая тяга, чтобы разогнаться, а притяжение тянет его сильнее ровно во столько же раз.

7. Математика: найди максимум. Какая нота сильнее всего встряхнёт этот бокал?

   Бокал звенит на своей собственной частоте. Звук ровно этой частоты толкает его в такт каждый цикл, поэтому дрожание растёт, пока бокал может и треснуть.

8. Толкающий стоит сзади. Где рука должна встретить качели?

   Толчок добавляет энергию, только когда действует в ту сторону, куда движется сиденье. В заднем конце сиденье прямо у толкающего и начинает движение вперёд, поэтому помогает весь толчок.

9. Гонка: твои толчки из игры против робота с идеальным ритмом.

Предыдущий урок: Стоячие волны: почему у струн есть ноты · Следующий урок: Эффект Доплера · Часть курса: Волны и звук

Уроки интерактивные и работают на JavaScript. Включи его, чтобы играть.