Правка разделов «Условие», «Решение», «Ответ»

Valter правка от
правка #20302 предыдущая #14832 ← раньше позже →
@@ -1,13 +1,46 @@
### Условие
−$3.9.21.$ С какой силой нужно натянуть гитарную струну длины l = 60 см и линейной плотности µ = 0,1 г/см, чтобы она звучала с частотой ν = 100 Гц на первой гармонике, т. е. на первой резонансной частоте?
+$3.9.21.$ С какой силой нужно натянуть гитарную струну длины $l = 60 \text{ см}$ и линейной плотности $\mu = 0,1 \text{ г/см}$, чтобы она звучала с частотой $\nu = 100 \text{ Гц}$ на первой гармонике, т. е. на первой резонансной частоте?
### Решение
−![К задаче $3.9.21$|3098x1602, 50%](../../img/3.9.21/Рисунок.png)
+<b>1. Скорость поперечной волны в струне</b>
−![К задаче $3.9.21$|3098x1602, 50%](../../img/3.9.21/Untitled.png)
+Известно, что скорость распространения поперечных волн $v$ вдоль натянутой струны зависит от силы её натяжения $F$ и линейной плотности $\mu$ (массы единицы длины) по формуле:
+$$v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$$
−#### Ответ
+<b>2. Условие образования стоячей волны</b>
−144 Н.
+Поскольку гитарная струна жестко закреплена с обоих концов, на этих концах должны образовываться узлы стоячей волны. На первой гармонике (основной тон) на всей длине струны $l$ укладывается ровно одна пучность, то есть половина длины волны $\lambda$:
+$$l = \frac{\lambda}{2} \implies \lambda = 2l$$
+
+<b>3. Связь частоты, длины волны и скорости</b>
+
+По определению, скорость распространения волны связана с её длиной и частотой формулой:
+$$v = \lambda \nu$$
+Подставляя сюда выражение для длины волны, получаем скорость волны на первой гармонике:
+$$v = 2l\nu$$
+
+<b>4. Вывод итоговой формулы</b>
+
+Приравняем два выражения для скорости волны:
+$$2l\nu = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$$
+Отсюда выразим искомую силу натяжения $F$. Возведем обе части уравнения в квадрат:
+$$4l^2\nu^2 = \frac{F}{\mu}$$
+$$F = 4\mu l^2\nu^2$$
+
+<b>5. Расчет</b>
+
+Переведем все величины в систему СИ:
+
+$l = 60 \text{ см} = 0,6 \text{ м}$
+
+$\mu = 0,1 \text{ г/см} = \frac{0,1 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{10^{-2} \text{ м}} = 0,01 \text{ кг/м}$
+
+$\nu = 100 \text{ Гц}$
+
+Подставляем значения в нашу формулу:
+$$F = 4 \cdot 0,01 \cdot (0,6)^2 \cdot 100^2 = 4 \cdot 0,01 \cdot 0,36 \cdot 10000 = 144 \text{ Н}$$
+
+#### Ответ
+$F = 144 \text{ Н}$