Как раскачивают качели. Резонанс

Все вы знаете, что для увеличения размаха колеба­ний качелей необходимо подталкивать качели через определённое время, как говорят, в такт их колеба­ниям. От этого качели вскоре сильно раскачиваются. Если же раскачивать качели не в такт, то одни толчки будут ускорять движение качелей, другие — тормозить их, и сильных колебаний не получится.

Такое же явление происходит и при падении волны на какое-либо тело, способное колебаться. Любая меха­ническая или звуковая волна, достигая тела, способного колебаться, приводит его в колебания. Обычно эти коле­бания настолько слабы, что заметить их трудно. Но иногда бывает иначе. Так, если вы будете длительно петь какую-либо ноту перед роялем с открытой крыш­кой, то после того, как вы замолчите, можно услышать звук, издаваемый одной из струн, именно той, период колебаний которой совпадает с периодом колебаний спетого звука. Струна как бы отзывается на ваш звук. Если вы споёте другую ноту, то на неё отзовётся другая струна, так как каждая из струн рояля имеет свой опре­делённый период колебаний. Такой же опыт можно сделать и с гитарой, только в этом случае не каждый звук будет вызывать ответное звучание струны, так как гитара имеет всего 7 или 9 струн, и период возбуждаю­щего звука может не совпасть с периодами гитарных струн.

Сжатие и разрежение воздуха, создающиеся при пении, действуют на струну так же, как толчки дей­ствуют на качели. Сжатие толкает струну, например, вправо, — она изгибается. Но так как струна упруга, она сейчас же начинает выпрямляться, причём если в этот момент сжатие в воздухе сменилось разрежением, то струна распрямляется свободно и идёт в другую сто­рону. Следующее сжатие воздуха снова толкает её вправо, и так далее. Если воздушные толчки действуют в такт, то струна раскачивается.

Это замечательное явление называют резонан­сом («резонанс» по-русски обозначает «отклик»). При

резонансе период ко­лебаний, присущий раскачиваемому те­лу, как раз совпа­дает с периодом ко­лебаний той силы, которая раскачивает тело.

При благоприят­ных условиях размах резонансных колеба­ний может в тысячи раз превышать раз­мах в отсутствии ре­зонанса. Известны случаи, когда резо­нансные колебания приводили к катастрофам. Так, однажды по мосту проходила воинская часть, двигав­шаяся «в ногу». Случайно период шагов солдат совпал с периодом собственных колебаний моста. В результате мост раскачался настолько сильно, что разрушился. Теперь в воинских наставлениях указывается, что по мостам воинская часть должна итти не «в ногу», чтобы не создать опасного резонанса.

clip_image002

Рис. 5. Камертон на резонансном ящике

Явление резонанса используется также для усиления звуков, возбуждаемых в воздухе каким-либо колеблю­щимся телом. Так, если держать звучащий камертон (так называют прибор, похожий на вилку; он приме­няется при обучении пению) в руках, то издаваемый им звук кажется тихим; создаваемая камертоном звуковая волна слаба, так как маленькие ножки камертона при­водят воздух только в очень слабое движение. Но если поставить камертон на полый ящик, открытый с одного конца (рис. 5), то он быстро приведёт в колебание весь столб воздуха, заключённый в ящике; издаваемый звук оказывается более сильным. Конечно, размеры ящика должны быть выбраны таким образом, чтобы колебания воздушного столба были резонансными.

Легко при этом заметить, что если камертон держать в руках, то он звучит дольше, но зато слабее, чем камер­тон с ящиком. Это происходит потому, что в послед­нем случае — при камертоне с ящиком — отдача звука в окружающее пространство («излучение» звука) происходит быстрее, камертон быстрее теряет энергию и перестаёт колебаться.

Category: Разное