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.
- 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.
- 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).
Определение понятия резонанса (отклика) в физике возлагается на специальных техников, которые обладают графиками статистики, часто сталкивающихся с этим явлением. На сегодняшний день резонанс представляет собой частотно-избирательный отклик, где вибрационная система или резкое возрастание внешней силы вынуждает другую систему осциллировать с большей амплитудой на определенных частотах.
Принцип действия
Это явление наблюдается , когда система способна хранить и легко переносить энергию между двумя или более разными режимами хранения, такими как кинетическая и потенциальная энергия. Однако есть некоторые потери от цикла к циклу, называемые затуханием. Когда затухание незначительно, резонансная частота приблизительно равна собственной частоте системы, которая представляет собой частоту невынужденных колебаний.
Эти явления происходят со всеми типами колебаний или волн: механические, акустические, электромагнитные, ядерные магнитные (ЯМР), электронные спиновые (ЭПР) и резонанс квантовых волновых функций. Такие системы могут использоваться для генерации вибраций определенной частоты (например, музыкальных инструментов).
Термин «резонанс» (от латинской resonantia, «эхо») происходит от поля акустики, особенно наблюдаемого в музыкальных инструментах, например, когда струны начинают вибрировать и воспроизводить звук без прямого воздействия игроком.
Толчок человека на качелях является распространенным примером этого явления. Загруженные качели, маятник имеют собственную частоту колебаний и резонансную частоту, которая сопротивляется толканию быстрее или медленнее.
Примером является колебание снарядов на детской площадке, которое действует как маятник. Нажатие человека во время качания с естественным интервалом колебания приводит к тому, что качели идут все выше и выше (максимальная амплитуда), в то время как попытки делать качание с более быстрым или медленным темпом создают меньшие дуги. Это связано с тем, что энергия, поглощаемая колебаниями, увеличивается, когда толчки соответствуют естественным колебаниям.
Отклик широко встречается в природе и используется во многих искусственных устройствах. Это механизм, посредством которого генерируются практически все синусоидальные волны и вибрации. Многие звуки, которые мы слышим, например, когда ударяются жесткие предметы из металла, стекла или дерева, вызваны короткими колебаниями в объекте. Легкое и другое коротковолновое электромагнитное излучение создается резонансом в атомном масштабе, таким как электроны в атомах. Другие условия, в которых могут применяться полезные свойства этого явления:
- Механизмы хронометража современных часов, колесо баланса в механических часах и кварцевый кристалл в часах.
- Приливной отклик залива Фанди.
- Акустические резонансы музыкальных инструментов и человеческого голосового тракта.
- Разрушение хрустального бокала под воздействием музыкального правого тона.
- Фрикционные идиофоны, такие как изготовление стеклянного предмета (стекла, бутылки, вазы), вибрируют, при потирании вокруг его края кончиком пальца.
- Электрический отклик настроенных схем в радиостанциях и телевизорах, которые позволяют избирательно принимать радиочастоты.
- Создание когерентного света оптическим резонансом в лазерной полости.
- Орбитальный отклик, примером которого являются некоторые луны газовых гигантов Солнечной системы.
Материальные резонансы в атомном масштабе являются основой нескольких спектроскопических методов, которые используются в физике конденсированных сред, например:
- Электронный спиновой.
- Эффект Мёссбауэра.
- Ядерный магнитный.
Типы явления
В описании резонанса Г. Галилей как раз обратил внимание на самое существенное - на способность механической колебательной системы (тяжелого маятника) накапливать энергию, которая подводится от внешнего источника с определенной частотой. Проявления резонанса имеют определенные особенности в различных системах и поэтому выделяют разные его типы.
Механический и акустический
Это тенденция механической системы поглощать больше энергии, когда частота ее колебаний соответствует собственной частоте вибрации системы. Это может привести к сильным колебаниям движения и даже катастрофическому провалу в недостроенных конструкциях, включая мосты, здания, поезда и самолеты. При проектировании объектов инженеры должны обеспечить безопасность, чтобы механические резонансные частоты составных частей не соответствовали колебательным частотам двигателей или других осциллирующих частей во избежание явлений, известных как резонансное бедствие.
Электрический резонанс
Возникает в электрической цепи на определенной резонансной частоте, когда импеданс схемы минимален в последовательной цепи или максимум в параллельном контуре. Резонанс в схемах используется для передачи и приема беспроводной связи, такой как телевидение, сотовая или радиосвязь.
Оптический резонанс
Оптическая полость, также называемая оптическим резонатором, представляет собой особое расположение зеркал, которое образует резонатор стоячей волны для световых волн
. Оптические полости являются основным компонентом лазеров, окружающих среду усиления и обеспечивающих обратную связь лазерного излучения. Они также используются в оптических параметрических генераторах и некоторых интерферометрах.
Свет, ограниченный в полости, многократно воспроизводит стоячие волны для определенных резонансных частот. Полученные паттерны стоячей волны называются «режимами». Продольные моды отличаются только частотой, в то время как поперечные различаются для разных частот и имеют разные рисунки интенсивности поперек сечения пучка. Кольцевые резонаторы и шепчущие галереи являются примерами оптических резонаторов, которые не образуют стоячих волн.
Орбитальные колебания
В космической механике возникает орбитальный отклик
, когда два орбитальных тела оказывают регулярное, периодическое гравитационное влияние друг на друга. Обычно это происходит из-за того, что их орбитальные периоды связаны отношением двух небольших целых чисел. Орбитальные резонансы значительно усиливают взаимное гравитационное влияние тел. В большинстве случаев это приводит к нестабильному взаимодействию, в котором тела обмениваются импульсом и смещением, пока резонанс больше не существует.
При некоторых обстоятельствах резонансная система может быть устойчивой и самокорректирующей, чтобы тела оставались в резонансе. Примерами является резонанс 1: 2: 4 лун Юпитера Ганимед, Европа и Ио и резонанс 2: 3 между Плутоном и Нептуном. Неустойчивые резонансы с внутренними лунами Сатурна порождают щели в кольцах Сатурна. Частный случай резонанса 1: 1 (между телами с аналогичными орбитальными радиусами) заставляет крупные тела Солнечной системы очищать окрестности вокруг своих орбит, выталкивая почти все остальное вокруг них.
Атомный, частичный и молекулярный
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) - это имя, определяемое физическим резонансным явлением, связанным с наблюдением конкретных квантовомеханических магнитных свойств атомного ядра, если присутствует внешнее магнитное поле. Многие научные методы используют ЯМР-феномены для изучения молекулярной физики, кристаллов и некристаллических материалов. ЯМР также обычно используется в современных медицинских методах визуализации, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ).
Польза и вред резонанса
Для того чтобы сделать некий вывод о плюсах и минусах резонанса, необходимо рассмотреть, в каких случаях он может проявляться наиболее активно и заметно для человеческой деятельности.
Положительный эффект
Явление отклика широко используется в науке и технике . Например, работа многих радиотехнических схем и устройств основывается на этом явлении.
Отрицательное воздействие
Однако не всегда явление полезно . Часто можно встретить ссылки на случаи, когда навесные мосты ломались при прохождении по ним солдат «в ногу». При этом ссылаются на проявление резонансного эффекта воздействия резонанса, и борьба с ним приобретает масштабный характер.
Борьба с резонансом
Но несмотря на иногда губительные последствия эффекта отклика с ним вполне можно и нужно бороться. Чтобы избежать нежелательного возникновения этого явления, обычно используют два способа одновременного применения резонанса и борьбы с ним:
- Производится «разобщение» частот, которые в случае совпадения приведут к нежелательным последствиям. Для этого повышают трение различных механизмов или меняют собственную частоту колебаний системы.
- Увеличивают затухание колебаний, например, ставят двигатель на резиновую подкладку или пружины.
1.Какова причина образования эха? Почему эхо не возникает в маленькой, заполненной мебелью комнате? Ответы обоснуйте.
Эхо возникает при отражении звука от преграды и возвращения звуковой волны.
В маленькой комнате исходный и отраженный звук слышится почти одновременно и еще поглощается и рассеивается мебелью. В большом, полупустом помещении звук не рассеивается и расстояние время прихода отраженной звуковой волны больше.
2. Как можно улучшить звуковые свойства большого зала?
Для этого стены зала облицовывают звукопоглощающими материалами, которые препятствуют образованию эха или гула.
3. Почему при использовании рупора звук распространяется на большее расстояние?
При использовании рупора звук меньше рассеивается, поэтому он обладает большей мощностью и распространяется на большее расстояние.
4. Приведите примеры проявления звукового резонанса, не упомянутые в тексте параграфа.
Если открыть пианино и пропеть над струнами какую-нибудь ноту, то можно услышать, что инструмент откликается. Голос действует на все струны пианино, но откликаются только те, которые находятся в резонансе. Еще пример звукового резонанса - гитара. В правильно настроенной гитаре, при зажиме какой-либо струны определенным, можно увидеть, что колеблющейся зажатой струне резонирует другая.
5. Для чего камертоны устанавливают на резонаторных ящиках? Каково назначение резонаторов, применяемых в музыкальных инструментах?
Резонаторные ящики способствуют усилению звука, он становится более громким, хотя и менее длительным.
Резонаторы в музыкальных инструментах усиливают звук и создают определенный тембр инструмента.
«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.
Идя по доске, перекинутой через ров, можно попасть шагами в резонанс с собственным периодом системы (доски с человеком на ней), и доска начинает тогда сильно колебаться (изгибаться вверх и вниз). То же самое может случиться и с мостом, по которому проходит войсковая часть или проезжает поезд (периодическая сила обусловливается ударами ног или ударами колес на стыках рельсов). Так, например, в 1906г. в Петербурге обрушился так называемый Египетский мост через реку Фонтанку. Это произошло при переходе через мост кавалерийского эскадрона, причем четкий шаг лошадей, отлично обученных церемониальному маршу, попал в резонанс с периодом моста. Для предотвращения таких случаев войсковым частям при переходе через мосты приказывают обычно идти не «в ногу», а вольным шагом. Поезда же большей частью переезжают мосты на медленном ходу, чтобы период ударов колес о стыки рельсов был значительно больше периода свободных колебаний моста. Иногда применяют обратный способ «расстройки» периодов: поезда проносятся через мосты на максимальной скорости. Случается, что период ударов колес на стыках рельсов совпадает с периодом колебаний вагона на рессорах, и вагон тогда очень сильно раскачивается. Корабль также имеет свой период качаний на воде. Если морские волны попадают в резонанс с периодом корабля, то качка становится особенно сильной. Капитан меняет тогда скорость корабля или его курс. В результате период волн, набегающих на корабль, изменяется (вследствие изменения относительной скорости корабля и воли) и уходит от резонанса. Неуравновешенность машин и двигателей (недостаточная центровка, прогиб вала) является причиной того, что при работе этих машин возникает периодическая сила, действующая на опору машины - фундамент, корпус корабля и т. п. Период силы может совпасть при этом с периодом свободных колебаний опоры или, например, с периодом колебаний изгиба самого вращающегося вала или с периодом крутильных колебаний этого вала. Получается резонанс, и вынужденные колебания могут быть настолько сильны, что разрушают фундамент, ломают валы и т. д. Во всех таких случаях принимаются специальные меры, чтобы избежать резонанса или ослабить его действие (расстройка периодов, увеличение затухания - демпфирование и др.). Очевидно, для того чтобы с помощью наименьшей периодической силы получить определенный размах вынужденных колебаний, нужно действовать в резонанс. Тяжелый язык большого колокола может раскачать даже ребенок, если он будет натягивать веревку с периодом свободных колебаний языка. Но самый сильный человек не раскачает язык, дергая веревку не в резонанс.