A rezonancia kárai és előnyei. A rezonancia jelensége és előfordulása
Bevezetés
1. fejezet Kényszerrezgések
1A kényszerrezgések jellemzői és példái 2 Rezonancia jelenség 2. fejezet Rezgések alkalmazása a technológiában 1 Szabad rezgések 2 Rezgés alkalmazása az öntésben 3 Rezgések használata a válogatáshoz ömlesztett anyagok 3. fejezet A rezgések káros hatásai 1 Hajó dőlésszög és stabilizátorok 2 A személyzet ingadozása 3 Antirezonancia Következtetés Felhasznált irodalom jegyzéke Bevezetés
Az oszcillációs folyamatok iránt jelenleg nagy érdeklődés mutatkozik, és jóval túlmutat az inga lengésének vizsgálatán, ahogyan az eleje XVII században, amikor a tudósok még csak kezdtek érdeklődni az oszcillációk iránt. Különböző tudományágakkal ismerkedve, természeti jelenségeket figyelve nem nehéz belátni, hogy a rezgések a mechanikai mozgások egyik leggyakoribb formája. Lengő mozgásokkal találkozunk benne Mindennapi életés technológia: a falióra inga függőleges helyzet körül periodikus lengéseket végez, a nagy sebességű turbina alapja a főtengely fordulataival időben ingadozik, a vasúti kocsi karosszériája a sínkötéseken való áthaladáskor rugókon lendül stb. Mindezekben az esetekben az oszcilláló test periodikus (ismétlődő) mozgást végez két szélső helyzet között, nagyjából egyenlő időtartamon át ugyanazon a ponton, hol egy, hol ellentétes irányba. A modern tudományszemlélet szerint a hang-, hő-, fény-, elektromágneses jelenségek, i.e. A minket körülvevő világ legfontosabb fizikai folyamatai a különféle rezgések. Az emberi beszéd, amely az emberek közötti kommunikáció hatékony eszköze, a hangszálak rezgésével függ össze. Az emberekben összetett érzelmek (élmények, érzetek) reprodukálására és kiváltására képes zenét a többi hangjelenséghez hasonlóan fizikailag meghatározzák a levegő, a húrok, a lemezek és más rugalmas testek rezgései. Az oszcillációk kivételes szerepet játszanak az olyan vezető technológiai ágakban, mint az elektromosság és a rádió. Elektromos energia előállítása, átvitele és fogyasztása, telefonálás, távírás, rádióműsorszórás, televízió (képek továbbítása távolról), radar (több száz kilométerre lévő objektumok felismerésének módszere rádióhullámok segítségével) – mindezek a fontos és összetett ágak. technológia elektromos és elektromágneses rezgések használatán alapul. Élő szervezetben rezgésekkel találkozunk. A szív dobogása, a gyomor és más szervek összehúzódása időszakos. Az építtetőknek, tervezőknek számolniuk kell a különféle szerkezetek, gépek rezgéseinek lehetőségével. A hajóépítők foglalkoznak a hajó dőlésével és rezgésével (oszcillációjával). A közlekedésben dolgozókat az autók, mozdonyok, hidak, a pilótákat pedig a repülőgépek rezgései érdeklik. Nehéz olyan technológiai ágat megnevezni, ahol a rezgések nem játszanak jelentős szerepet. Az oszcillációs folyamatok formáinak változatossága és gazdagsága igen nagy. Bizonyos esetekben a gépek működését kísérő mechanikai rezgések károsak és veszélyesek. Más esetekben a mechanikai rezgések tulajdonságait és jellemzőit a gépészetben és az építőiparban nagy haszonnal használják különféle műszaki célokra. Ennek a munkának a tárgya a kényszerrezgés. Ennek célja tanfolyami munka: tudjon meg minél többet a rezonancia jelenségéről, a rezonancia következményeiről és a jelenség alkalmazási helyéről. Cél: mélyebben tanulmányozni a kényszerrezgések sajátosságait és a technológiában betöltött szerepüket. 1. fejezet Kényszerrezgések
.1 A kényszerrezgések jellemzői és példái
Kényszerrezgések azok, amelyek egy oszcillációs rendszerben külső, periodikusan változó erő hatására lépnek fel. Ez az erő rendszerint kettős szerepet tölt be: először is megingatja a rendszert, és bizonyos energiaellátást biztosít számára; másodszor, időszakonként pótolja az energiaveszteséget (energiafogyasztást), hogy leküzdje az ellenállási és súrlódási erőket. Hagyja, hogy a hajtóerő idővel változzon a törvény szerint: Állítsunk össze egy mozgásegyenletet egy ilyen erő hatására rezgő rendszerre. Feltételezzük, hogy a rendszerre kvázi-rugalmas erő is hat és a környezet ellenállási ereje (ami kis ingadozások feltételezése mellett igaz). Ekkor a rendszer mozgásegyenlete így fog kinézni: vagy
A cserék után , , - a rendszer saját rezgési frekvenciája, nem egyenletes lineáris differenciálegyenletet kapunk 2 th rendelés: A differenciálegyenletek elméletéből ismert, hogy közös döntés Nem homogén egyenlet egyenlő a homogén egyenlet általános megoldásának és az inhomogén egyenlet partikuláris megoldásának összegével. A homogén egyenlet általános megoldása ismert: ,
Ahol ;0és a tetszőleges konst. Egy vektordiagram segítségével ellenőrizheti, hogy ez a feltételezés igaz-e, és meghatározhatja az értékeket is a És j .
Az oszcillációk amplitúdóját a következő kifejezés határozza meg: .
Jelentése j , amely a kényszerrezgés fáziskésésének nagysága az azt meghatározó kényszerítő erőtől , szintén a vektordiagramból van meghatározva, és ez: Végül az inhomogén egyenlet konkrét megoldása a következő formában lesz: (1)
Ez a függvény összegezve adja az inhomogén általános megoldását differenciálegyenlet, amely leírja a rendszer viselkedését kényszerített rezgések hatására. A (2) kifejezés jelentős szerepet játszik kezdeti szakaszban folyamat, úgynevezett oszcillációk létrehozásával (1. ábra). Idővel az exponenciális tényező miatt a második tag (2) szerepe egyre inkább csökken, és kellő idő elteltével elhanyagolható, csak az (1) tagot megtartva a megoldásban. (2)
1. ábra A folyamat szakaszai, amikor rezgések keletkeznek Így az (1) függvény az állandósult állapotú kényszerrezgéseket írja le. A hajtóerő frekvenciájával megegyező frekvenciájú harmonikus rezgéseket képviselnek. A kényszerrezgések amplitúdója arányos a hajtóerő amplitúdójával. Egy adott oszcillációs rendszerhez (w 0és b) az amplitúdó a hajtóerő frekvenciájától függ. A kényszerrezgések fázisban elmaradnak a hajtóerőtől, a késés nagysága pedig az j a hajtóerő gyakoriságától is függ. A kényszerrezgések amplitúdójának a hajtóerő frekvenciájától való függése oda vezet, hogy egy adott rendszerre meghatározott bizonyos frekvencián a rezgések amplitúdója eléri a maximális értéket. Az oszcillációs rendszer különösen érzékeny a hajtóerő hatására ezen a frekvencián. Ezt a jelenséget rezonanciának, a megfelelő frekvenciát pedig rezonanciafrekvenciának nevezik. Számos esetben az oszcillációs rendszer külső erő hatására oszcillál, amelynek munkája időszakonként kompenzálja a súrlódásból és egyéb ellenállásokból eredő energiaveszteséget. Az ilyen rezgések gyakorisága nem magának az oszcilláló rendszernek a tulajdonságaitól függ, hanem attól, hogy milyen gyakorisággal változik a rendszer a periódusos erőben, amelynek hatására a rendszer rezgéseit kifejti. Ebben az esetben kényszerrezgésekkel van dolgunk, vagyis olyan rezgésekkel, amelyeket külső erők hatására a rendszerünk kényszerít. A zavaró erők, tehát a kényszerrezgések forrásai igen változatosak. Maradjunk a természetben és a technikában fellelhető zavaró erők természeténél. Mint már jeleztük, elektromos autók, gőz- vagy gázturbinák, nagy sebességű lendkerekek stb. a forgó tömegek kiegyensúlyozatlansága miatt rotorok rezgéseit, épületalapok padlózatát stb. A dugattyús gépek, amelyek magukban foglalják a belső égésű motorokat és a gőzgépeket is, bizonyos alkatrészek (például egy dugattyú) oda-vissza mozgása, a gázok vagy gőzök elszívása miatt időszakos zavaró erők forrásai. Jellemzően a gépsebesség növekedésével nőnek a zavaró erők, így a nagy sebességű gépeknél rendkívül fontossá válik a rezgések elleni küzdelem. Ezt gyakran speciális rugalmas alap létrehozásával vagy a gép rugalmas felfüggesztésének felszerelésével hajtják végre. Ha a gépet mereven alapra szerelik, akkor a gépre ható zavaró erők szinte teljes egészében az alapra, majd a talajon keresztül az épületre, amelybe a gépet beépítik, valamint a közeli szerkezetekre jutnak. A kiegyensúlyozatlan erők alapra gyakorolt hatásának csökkentése érdekében szükséges, hogy a gép rugalmas alapra (tömítésre) ható természetes rezgési frekvenciája lényegesen kisebb legyen, mint a zavaró erők frekvenciája, amelyet a forgásszám határozza meg. a gép. A hajó kényszerített kilengésének, a hajók gurulásának oka a hullámok, amelyek időszakosan csapódnak le egy úszó hajóra. Amellett, hogy a hajó egészét durva víz hatására ringatják, a hajótest egyes részeinek kényszerített oszcillációi (rezgései) is megfigyelhetők. Az ilyen rezgések oka a hajó főmotorjának, amely a légcsavart forgatja, valamint a segédmechanizmusok (szivattyúk, dinamók stb.) kiegyensúlyozatlansága. A hajószerkezetek működése során kiegyensúlyozatlan tömegű tehetetlenségi erők lépnek fel, amelyek ismétlési gyakorisága a gép fordulatszámától függ. Ezen túlmenően, a hajó kényszerrezgéseit okozhatja a légcsavarlapátok időszakos becsapódása a hajótestre. A híd kényszerrezgéseit okozhatja, ha egy embercsoport lépésben halad rajta. A vasúti híd oszcillációi az elhaladó mozdony hajtókerekeit összekötő csatolók hatására léphetnek fel. A gördülőállomány (villamos mozdony, gőzmozdony vagy dízelmozdony, valamint személygépkocsik) kényszerrezgéseit okozó okok között szerepel a kerekek időszakosan ismétlődő ütközései a síncsuklókkal. Az autók kényszerrezgéseit a kerekek ismétlődő ütközései okozzák egyenetlen útfelületen. A felvonók és a bányák emelőketreceinek kényszerrezgései az emelőgép egyenetlen működése miatt lépnek fel, szabálytalan alakú dobok, amelyekre kötelek vannak feltekerve stb. A villanyvezetékek kényszerrezgéseit okozó okok, magas épületek, árbocok és kémények Lehetnek széllökések. Különösen érdekesek a repülőgépek kényszerrezgései, amelyeket különböző okok okozhatnak. Itt mindenekelőtt a légcsavarcsoport működése által okozott rezgést kell szem előtt tartani. A forgattyús mechanizmus, a járó motorok és a forgó légcsavarok kiegyensúlyozatlansága miatt időszakos ütések lépnek fel, amelyek támogatják a kényszerrezgéseket. A fentebb tárgyalt külső periodikus erők hatásából eredő kilengések mellett eltérő jellegű külső hatások is megfigyelhetők a repülőgépeken. A rezgések különösen a repülőgép elülső részének rossz áramvonalassága miatt keletkeznek. A szárnyon lévő felépítmények körüli rossz áramlás vagy a szárny és a repülőgép törzse (teste) közötti nem sima kapcsolat örvényképződményekhez vezet. A légörvények elszakadva lüktető áramlást hoznak létre, amely a farokba ütközik és megremeg. A repülőgép ilyen rázkódása bizonyos repülési körülmények között fordul elő, és ütések formájában nyilvánul meg, amelyek nem egészen rendszeresen, 0,5-1 másodpercenként fordulnak elő. Ezt a fajta vibrációt, amely főként a repülőgép egyes részeinek rezgésével kapcsolatos, a szárny és a repülőgép egyéb elülső részei körüli áramlás turbulenciája miatt, „dörzsölésnek” nevezik. A szárnyból kilépő áramlások megszakadásából eredő puffadás jelensége különösen akkor veszélyes, ha a repülőgép farkát érő ütközések ideje közel esik a repülőgép farának vagy törzsének szabad rezgésének időszakához. Ebben az esetben a büfé jellegű ingadozások erősen megnőnek. Nagyon érdekes dörzsölési eseteket figyeltek meg, amikor csapatokat dobtak le egy repülőgép szárnyáról. Az emberek megjelenése a szárnyon örvényképződményekhez vezetett, amelyek rezgéseket okoztak a repülőgépben. Egy másik kétüléses repülőgépen az okozta az empennage-buffadást, hogy egy utas a hátsó pilótafülkében ült, és kiálló feje hozzájárult a légáramlás örvényeinek kialakulásához. Utas hiányában a hátsó kabinban nem észleltek vibrációt. A légcsavarnak aerodinamikai természetű zavaró erők által okozott hajlító rezgései is fontosak. Ezek az erők abból a tényből fakadnak, hogy a légcsavar forgáskor minden fordulatnál kétszer áthalad a szárny elülső élén. A légáramlás sebessége a szárny közvetlen közelében és attól bizonyos távolságban eltérő, ezért a légcsavarra ható aerodinamikai erőknek időszakonként kétszer kell változniuk a légcsavar minden fordulatánál. Ez a körülmény az oka a propellerlapátok keresztirányú rezgésének gerjesztésének. 1.1
Rezonancia jelenség
Rezonanciának nevezzük azt a jelenséget, amelyben az erőltetett rezgések amplitúdójának éles növekedése figyelhető meg. A rezonanciafrekvenciát a kényszerrezgések amplitúdójának maximális feltételéből határozzuk meg: Ezután ezt az értéket behelyettesítve az amplitúdó kifejezésébe, a következőt kapjuk: (4)
Közepes ellenállás hiányában a rezgések amplitúdója a rezonanciánál a végtelenbe fordulna; a rezonanciafrekvencia azonos feltételek mellett (b = 0) egybeesik az oszcillációk sajátfrekvenciájával. A kényszerrezgések amplitúdójának a hajtóerő frekvenciájától (vagy ami ugyanaz, a rezgési frekvenciától) való függése grafikusan ábrázolható (2. ábra). Az egyes görbék megfelelnek különböző jelentések b . A kevesebb b , minél magasabb és jobbra van ennek a görbének a maximuma (lásd a w kifejezést res. ). Nagyon magas csillapítással rezonancia nem figyelhető meg - a frekvencia növekedésével az erőltetett rezgések amplitúdója monoton csökken (alsó görbe a 2. ábrán). 2. ábra A kényszerrezgések amplitúdójának függése a hajtóerő frekvenciájától A b különböző értékeinek megfelelő bemutatott grafikonok halmazát rezonanciagörbének nevezzük. Megjegyzéseka rezonanciagörbék tekintetében: a w®0 tendenciájának megfelelően minden görbe egy nullától eltérő értékre jön, amely egyenlő a . Ez az érték azt az elmozdulást jelenti az egyensúlyi helyzetből, amelyet a rendszer egy állandó F erő hatására kap. 0. Nál nél w®¥ minden görbe aszimptotikusan nullára hajlik, mert magas frekvenciákon az erő olyan gyorsan változtatja irányát, hogy a rendszernek nincs ideje észrevehetően elmozdulni egyensúlyi helyzetéből. Minél kisebb b, annál jobban változik a közeli rezonancia amplitúdója a frekvenciával, annál „élesebb” a maximum. A rezonanciagörbék egyparaméteres családja különösen egyszerűen megszerkeszthető számítógép segítségével. Ennek a konstrukciónak az eredménye az ábrán látható. 3. A „hagyományos” mértékegységekre való áttérés egyszerűen a koordinátatengelyek léptékének megváltoztatásával történhet. Rizs. 3. A csillapítás mértékét meghatározó függvény A hajtóerő frekvenciája, amelynél a kényszerrezgések amplitúdója maximális, szintén a csillapítási együtthatótól függ, ez utóbbi növekedésével kissé csökken. Végül hangsúlyozzuk, hogy a csillapítási együttható növekedése a rezonanciagörbe szélességének jelentős növekedéséhez vezet. A pont rezgései és a hajtóerő közötti fáziseltolódás az oszcillációk gyakoriságától és csillapítási együtthatójától is függ. Ennek a fáziseltolódásnak a szerepét jobban megismerjük, ha figyelembe vesszük az energiaátalakítást a kényszerrezgések folyamatában. Az erőltetett rezgések bizonyos esetekben veszélyt jelentenek a normál működés gépek és a szerkezetek integritása. Egy szerkezetre periodikusan ható jelentéktelen zavaró erő is bizonyos körülmények között veszélyesebbnek bizonyulhat, mint a sok tízszer nagyobb nagyságú állandó erő. A rezgések hatása gyakran nem a zavaró erők hatóhelyének közvetlen közelében, mint várható, hanem attól távoli helyeken, sőt a rezgéseknek kitett szerkezettel közvetlenül nem összefüggő rendszerben nyilvánul meg. Például. a gép működése rezgéseket okoz mind abban az épületben, amelyben a gép található, mind a közelében található épületben; a vízszivattyús motor működése a közeli vasúti híd rezgéseit okozhatja stb. E különös jelenségek oka bármely struktúra teljesítőképessége rugalmas rezgések egy bizonyos frekvenciát. A szerkezet egy hangszerhez hasonlítható, amely bizonyos magasságú hangokat képes produkálni, és reagál ezekre a hangokra, ha kívülről hallják. Ha egy szerkezetet bizonyos frekvenciájú periodikus terhelésnek tesznek ki, akkor különösen jelentős rezgések lépnek fel a szerkezet azon részén, amelynek sajátfrekvenciája közel van ehhez a frekvenciához vagy annak többszöröséhez. Így a szerkezet ezen részén, még ha eltávolítjuk is a terhelés helyéről, előfordulhat a rezonancia jelensége. rezgésrezonancia technológiás csillapító Ez a jelenség akkor fordul elő, ha a zavaró erő frekvenciája megegyezik a rendszer sajátfrekvenciájával. Rezonanciának nevezzük azt a jelenséget, amikor a kényszerrezgések amplitúdója hirtelen megnövekszik, amikor a hajtóerő frekvenciája egybeesik egy rezgésre képes rendszer sajátfrekvenciájával. A rezonancia jelensége azért fontos, mert elég gyakran előfordul. Aki meglökött például egy hintán lévő gyereket, az rezonanciával találkozott. Ezt meglehetősen nehéz megtenni, ha becsukja a szemét, és véletlenszerűen megnyomja a hintát. De ha megtalálja a megfelelő ritmust, akkor a swing lendítése könnyű. A legnagyobb eredmény tehát csak akkor érhető el, ha az egyes ütések közötti idő egybeesik a lengés oszcillációs periódusával, azaz. a rezonancia feltétel teljesül. A rezonancia jelenségével a gépek és a különféle szerkezetek tervezésekor számolni kell. Ezeknek az eszközöknek a természetes rezgési frekvenciája semmi esetre sem lehet közel a lehetséges külső hatások frekvenciájához. Így például a hajótest vagy a repülőgép szárnyainak rezgésének természetes frekvenciájának nagyon különböznie kell azon rezgések frekvenciájától, amelyeket a hajócsavar vagy a repülőgép légcsavar forgása gerjeszthet. Ellenkező esetben nagy amplitúdójú rezgések lépnek fel, amelyek a burkolat tönkremeneteléhez és katasztrófához vezethetnek. Ismertek olyan esetek, amikor a hidak összeomlottak, amikor menetelő katonaoszlopok haladtak át rajtuk. Ez azért történt, mert a híd természetes rezgési frekvenciája közel volt ahhoz a frekvenciához, amellyel az oszlop járt. Ugyanakkor a rezonancia jelensége gyakran nagyon hasznosnak bizonyul. A rezonanciának köszönhetően például lehetővé vált az ultrahangos rezgések alkalmazása, pl. magas frekvenciájú hangrezgések, az orvostudományban: az emberi testben olykor képződő kövek elpusztítására, diagnosztikára különféle betegségek. Ugyanezen okból az ultrahangos rezgések elpusztíthatnak néhány mikroorganizmust, beleértve a kórokozókat is. A rezonancia jelensége in elektromos áramkörök amikor saját frekvenciájuk egybeesik a rádióhullámok elektromágneses rezgésének frekvenciájával, lehetővé teszi, hogy vevőivel televízió- és rádióadásokat vehessünk. Szinte ez az egyetlen módszer, amely lehetővé teszi egy (kívánt) rádióállomás jeleinek elkülönítését az összes többi (zavaró) állomás jeleitől. A rezonancia, amikor az elektromágneses rezgések frekvenciája egybeesik az atomok természetes frekvenciájával, megmagyarázhatja az anyag általi fényelnyelést. És ez az elnyelés alapozza meg a Nap hőfelvételét, ami a látásunk, sőt a mikrohullámú sütő működésének alapja. Azonban a „rezonancia” szóban rejlik a latin resono – válaszolok – a kulcsa a nagyon eltérő folyamatok közötti hasonlóságok megállapításának, amikor időszakos. külső hatás valami oszcillálni képes saját rezgései tartományának növelésével válaszol. Más szóval, amikor a kis okok nagy következményekhez vezethetnek. Miután azonosította ezt a funkciót, könnyedén folytathatja a példák listáját, és mint gyakran előfordul, felfedezheti a rezonancia előnyös és káros megnyilvánulásait. Az oszcillációs folyamatok, köztük a rezonancia leírásának univerzalitása vezércsillagként szolgált a tudósok számára a korábban feltáratlan területek, például a mikrojelenségek világának feltárásában. Ez pedig olyan hatékony módszerek létrehozásához vezetett az anyag szerkezetének tanulmányozására, mint az elektronparamágneses rezonancia és a magmágneses rezonancia. Még az ókori színházban is nagy agyag- vagy bronzedényeket (a Helmholtz-rezonátorok prototípusait), amelyek keskeny hosszú nyakú gömb- vagy palack alakú üregek voltak, használták a színész hangjának felerősítésére. Ősidők óta a harangozók öntudatlanul használták a rezonancia jelenségét, és jelentéktelen, de ritmikus ütésekkel lendítettek egy nehéz harangot. A kölni dómban pedig valamikor egy harang volt felfüggesztve, amely a nyelvével egy fázisban himbálózott, ami nem engedte, hogy hangokat vonjanak ki belőle. A 20. század 30-as éveinek elején szinte minden pilóta találkozott titokzatos jelenség flutternek nevezik, amikor a nyugodt vízszintes repülésben lévő repülőgépek hirtelen olyan erővel kezdtek vibrálni, hogy szétestek a levegőben. Mint kiderült, a lebegést hasonló okok generálták, mint amelyek a változásokat okozták, és a sebesség növekedésével járó gyakoriság növekedés a hangszín növekedéséhez vezet. A laboratóriumban állandó feszültséggel tesztelt kábelszigetelés néha áttört váltakozó árammal végzett munka során. Kiderült, hogy ez akkor következik be, amikor az áram pulzációinak periódusa egybeesik a kábel saját elektromos rezgésének periódusával, ami a feszültség növekedéséhez vezetett, amely többszöröse az áttörési feszültségnek. Még az óriási modern ciklotronok is - a töltött részecskék gyorsítói - egy egyszerű elvet alkalmaznak, amely rezonanciát biztosít a részecske spirális pályán történő mozgása és a részecskéket időszakosan „serkentő” váltakozó elektromos mező között. 2. fejezet Rezgések alkalmazása a technológiában
Az oszcilláció az egyik leggyakoribb folyamat a természetben és a technológiában. Az oszcilláció lehet mechanikus, elektromágneses, kémiai, termodinamikai és sok más. A sokféleség ellenére mindegyikben sok a közös, ezért ugyanazok a differenciálegyenletek írják le őket. A fizika egy speciális ága - az oszcilláció elmélete - foglalkozik e jelenségek törvényszerűségeinek tanulmányozásával. A hajó- és repülőgépépítőknek, az ipari és közlekedési szakembereknek, valamint a rádiótechnikai és akusztikai berendezések alkotóinak ismerniük kell őket. Az első tudósok, akik az oszcillációt tanulmányozták, Galileo Galilei (1564...1642) és Christian Huygens (1629...1692) voltak. Galilei a kis rezgések izokronizmusát (a periódus amplitúdójától való függetlenségét) állapította meg úgy, hogy megfigyelte a csillár kilengését a katedrálisban, és az időt a kezén lévő pulzusok alapján mérte. Huygens feltalálta az első ingaórát (1657), és az „Ingaórák” című monográfiájának második kiadásában (1673) számos, az inga mozgásával kapcsolatos problémát vizsgált, különös tekintettel egy fizikai lengés középpontjára. inga. Sok tudós nagyban hozzájárult az oszcillációk tanulmányozásához: angol - W. Thomson (Lord Kelvin) és J. Rayleigh<#"justify">2.1 Szabad rezgések
A körülöttünk előforduló különféle mechanikai mozgások között gyakran találkozhatunk ismétlődő mozgásokkal. Bármilyen egyenletes forgás ismétlődő mozgás: minden fordulattal az egyenletesen forgó test minden pontja ugyanazokon a pozíciókon halad át, mint az előző fordulat során, ugyanabban a sorrendben és ugyanolyan sebességgel. A valóságban az ismétlés nem mindig és nem minden körülmények között pontosan ugyanaz. Egyes esetekben minden új ciklus nagyon pontosan megismétli az előzőt, más esetekben az egymást követő ciklusok közötti különbség észrevehető. Az abszolút pontos ismétléstől való eltérések nagyon sokszor olyan kicsik, hogy elhanyagolhatóak, és a mozdulat egészen pontosan ismétlődőnek tekinthető, pl. tekintse időszakosnak. A periódusos mozgás ismétlődő mozgás, amelyben minden ciklus pontosan reprodukál minden második ciklust. Egy ciklus időtartamát periódusnak nevezzük. Nyilvánvaló, hogy az egyenletes forgás időtartama megegyezik egy fordulat időtartamával. A természetben és különösen a technikában rendkívül fontos szerepet töltenek be az oszcillációs rendszerek, i. azokat a testeket és eszközöket, amelyek maguk is képesek időszakos mozgások végrehajtására. „Önmagukban” - ez azt jelenti, hogy nem kényszerítik rá az időszakos külső erők hatása. Az ilyen rezgéseket ezért szabad oszcillációnak nevezzük, ellentétben a periodikusan változó külső erők hatására fellépő kényszerrezgésekkel. Minden oszcillációs rendszernek számos közös tulajdonsága van: Minden oszcillációs rendszernek van egy stabil egyensúlyi állapota. Ha az oszcilláló rendszert kivonjuk a stabil egyensúlyi állapotból, akkor megjelenik egy olyan erő, amely a rendszert stabil helyzetbe hozza. Miután visszatért egy stabil állapotba, az oszcilláló test nem tud azonnal leállni. Több mint 20 évvel ezelőtt kezdték használni a vibrációt a gyártásban beton keverék. Ez lehetővé tette a rétegek munkájának megkönnyítését, a munka termelékenységének növelését, a beton költségének csökkentését és minőségének javítását. A beton az egyik leggyakoribb építőanyagok. Ő van műkő, amely zúzott kő (kis kő), homok, cement és víz keverékéből készül, kötőanyagként (ragasztóként) cementtel. A betont szinte minden típusú építkezésben használják - ipari, polgári, hidraulikus, út, híd, speciális. Sok építmény teljes egészében betonból vagy vasbetonból épül fel, például gátak, zsilipek, hidak, utak, repülőgép leszállópályák, töltések, liftek, ipari és polgári épületek stb. A fektetés megkönnyítése érdekében a betonkeveréknek megfelelően mozgékonynak kell lennie. Másrészt a legsűrűbb és legtartósabb beton előállításához merev (alacsony víztartalmú) keveréket kell használni. Ezt a fontos műszaki problémát vibrátorok segítségével oldják meg. A vibrátor olyan mechanizmus, amely gyakori rezgéseket hajt végre, amelyek átadódnak a betonkeverék részecskéinek, és ezek hatására a részecskék úgy rezegnek, hogy a rezgés középpontja folyamatosan eltolódik a nagyobb tömörítés irányába. A mozgó betonkeverék befolyik a forma sarkaiba és jól kitölti. Hazánkban a betontömeg vibrációjának alkalmazásában a vezető szerepet a vízépítési építés tölti be. A legnagyobb vízépítési építkezésen, a Volgostrojban (1936-1940) a teljes betonmennyiség (több mint 2 millió) köbméter) vibrációval fektették le. Jelenleg a vibrációval történő betonozás elterjedt és nagyon hatékony eszközök az anyag minőségének javítása. A vibrált beton fő előnye, hogy a betonkeveréket kisebb víztartalommal is jól tömöríti. A vibrált beton nagy sűrűsége miatt ez utóbbi jobban ellenáll a légkör és a víz káros szennyeződéseinek, mint a kézzel rakott beton. A vibrált beton vízfelvétele csak 3%, szemben az azonos összetételű döngölt beton 7%-ával. Jelentősen megnő a vízállóság, aminek nagy jelentősége van tározók, csövek stb. építésénél. A vibrált beton jobban ellenáll a kopásnak, mint a kézzel elhelyezett beton. Ez a nagyobb sűrűségével magyarázható. Rezgőbetonban 60-80%-kal jobb a tapadás a vasaláshoz, mint a kézi fektetésnél. A nyomószilárdság azonos cementfogyasztás mellett 100%-kal nagyobb. A vibrált beton ütési szilárdsága 1,5-1,9-szer nagyobb, mint a döngölt betoné. A vibrált beton zsugorodása jóval kisebb, és elérheti a kézzel rakott beton zsugorodása 50%-át. Ez csökkenti a repedések kockázatát. A betonkeverékek vibrátorokkal történő lerakására való áttéréskor a cementmegtakarítás a becslések szerint 10-25%, ami óriási gazdasági jelentőséggel bír. 2.2 Rezgés alkalmazása öntésben
Öntöttvas beszerzéséhez Jó minőség Néha tanácsos az olvadt öntöttvas vibrációja a káros gázok és salak eltávolítására. Az olvadt öntöttvas üstöt egy speciális vibrációs platformra helyezzük, és vibrátorokkal rezgőmozgásba állítjuk. Az üst, és így a benne lévő folyékony öntöttvas rezgése elősegíti az öntöttvasban jelenlévő gázok felszabadulását, valamint a könnyebb anyagok lebegését, amelyek salakzárványok, amelyek aztán eltávolíthatók az öntöttvas felületéről. a merőkanál. Az így tisztított öntöttvasból készült öntött alkatrészek jobb minőségűek, mind a buborékok általi kevésbé gyengítő, mind a salakzárványok csökkentése szempontjából, amelyek rontják az öntöttvas minőségét. .3 Rezgések használata ömlesztett anyagok szétválogatásához
Számos technológiai ágban széles körben alkalmazzák az oszcillációs mozgásokon alapuló válogatógépeket, berendezéseket. Ezek a cséplőgépek, a kaszák és egyéb gabonaválogatásra használt mezőgazdasági gépek. A szellőzőgépek és cséplőgépek szitái, amelyekre a válogatni kívánt gabona esik, erőltetett oldalsó ill. hosszanti rezgések, biztosítva a szemek oda-vissza mozgását a szita munkafelülete mentén, és ennek eredményeként a szemek szétválogatását. Ezeket a rezgéseket általában a forgattyús mechanizmusok okozzák. Az oszcillációs folyamatok hasonló alkalmazása a széniparban jellemző a feldolgozó üzemekben, ahol speciális szitagépeket alkalmaznak, amelyek fő célja a kőszén víztelenítése, előkészítő szitálás, i. a szén osztályokba bontása a dúsítás előtt, a válogatás a kereskedelmi minőség elérése érdekében stb. Hasonló mechanizmust még a mesékben is lehet használni, például: „Hamupipőke”, amikor a mostohaanyja arra kényszerítette, hogy borsót és kölest válogatjon ki. Itt segíthet egy ilyen mechanizmus 3. fejezet A rezgések káros hatásai
.1 Hajó dőlésszöge és stabilizátorok
Nagyon gyakran a hajókat elkapja a vihar, ami az egész hajó megingását okozza. Ez a hullámokon való ringatózás gyakran az egész hajó katasztrofális megsemmisüléséhez vezet, ami néha áldozatokkal is jár. Az edény oldalirányú mozgásának csökkentése érdekében speciális rezgéscsillapítókat használnak. Az egyik ilyen abszorber a Fram tartályok, amelyek kommunikáló edényekre hasonlítanak. A Fram abszorber a hajó belsejében található, és két félig vízzel feltöltött tartályból áll, amelyek alul vízvezetékkel és felül egy szeleppel ellátott levegővezetékkel vannak összekötve. Amikor a hajó oldalra gurul, a stabilizátorban lévő víztömeg is oszcillálni fog. Ebben az oszcilláló rendszerben szó szerint nincs „forrás”, hanem a helyreállító erő szerepét a gravitáció tölti be, amely mindig arra törekszik, hogy a vízszintet egyensúlyi helyzetbe hozza. .2 A személyzet ingadozása
Tételezzük fel, hogy egy kocsi első kerekei (autók, kocsik stb.) ütközés formájában akadályba ütköznek az úton; a rugók összenyomódnak, ami a kocsi oszcillációját okozza. Továbbá, amikor a hátsó kerekek elérik ugyanazt az akadályt, további lökést kap az oszcilláló kocsi, ami újabb kilengéseket okoz. Ez utóbbi az első lengésekre kerül rá, és a kocsi ebből eredő lengő mozgása az ütések közötti időintervallumtól vagy a kocsi sebességétől és az úton lévő akadály hosszától függ. A legénység bizonyos sebességénél olyan kedvezőtlen körülmények jöhetnek létre, amelyek hozzájárulnak a rezonancia kialakulásához. De lengéscsillapítókat használnak a lágyításra. .3 Antirezonancia
Az antirezonanciát is széles körben használják. Például be elektromos hálózatokúgynevezett tehermentesítő kondenzátorokat építenek be, amelyek kiküszöbölik a meddőáramokat. A spontán rezonancia során keletkeznek, amikor az energia mágneses mező ingadozni kezd az erőmű és a fogyasztó között. Ezen áramok kiküszöbölése érdekében a kondenzátorok sorba vannak kötve az áramkörben - az energia oszcillálni kezd köztük és az állomás között, ennek eredményeként a teljesítményveszteségek sokszorosára csökkennek. Valami hasonlót csinálnak nagyolvasztó kemencékben és más szerkezetekben, ahol reaktív áramok okozhatnak nagy veszteségek. Ezt pusztán gazdasági okokból teszik, az antirezonanciában nincsenek új fizikai hatások. Következtetés
Az oszcilláció egy ismétlődő mozgás, amelyben minden ciklus pontosan reprodukál minden második ciklust. Egy ciklus időtartamát periódusnak nevezzük. A frekvencia az oszcilláló test által egységnyi idő alatt végrehajtott ciklusok száma. Minden oszcillációs rendszernek van egy stabil egyensúlyi állapota. Ha az oszcilláló rendszert kivonjuk a stabil egyensúlyi állapotból, akkor megjelenik egy olyan erő, amely a rendszert stabil helyzetbe hozza. Miután visszatért egy stabil állapotba, az oszcilláló test nem tud azonnal leállni. A szabad rezgések egy test rezgései, amelyekre nem hat periodikusan változó erő, és fordítva, ha egy rezgő testre periodikusan változó erő hat, akkor ezek kényszerrezgések. Ha a hajtóerő frekvenciája egybeesik az oszcillációs rendszer természetes frekvenciájával, akkor rezonancia lép fel. A rezonancia az a jelenség, amikor a kényszerrezgések amplitúdója hirtelen megnövekszik, ha a hajtóerő frekvenciája és az oszcillációs rendszer sajátfrekvenciája egyenlő. Harmonikus (vagy egyszerű) rezgésnek nevezzük azt az oszcillációt, amelyet ennek a pontnak a tetszőleges egyenesre történő vetítése okoz, amikor egy pont egyenletesen mozog egy kör körül. Ha mechanikai rezgésekről beszélünk, pl. bármely szilárd, folyékony vagy gáznemű közeg rezgő mozgásairól, akkor a rezgések terjedése a közeg egyik részecskéjéből a másikba való rezgések átvitelét jelenti. A rezgések átvitele annak a ténynek köszönhető, hogy a közeg szomszédos területei egymáshoz kapcsolódnak. A hangtartomány alatti frekvenciájú nem hallható mechanikai rezgéseket infrahangnak, a hangtartomány feletti frekvenciájú pedig ultrahangnak nevezzük. Az ingadozások nagy szerepet játszanak életünkben. Ahogy Richard Feynman amerikai fizikus mondta: „A természetben nagyon gyakran „rezeg” valami, és ugyanolyan gyakran rezonancia lép fel. Célom az volt, hogy minél többet megtudjak a rezonancia jelenségéről, milyen következményekkel járhat a rezonancia, és hol használják ezt a szokatlan jelenséget. Megtanultam, mi a rezonancia jelensége, hol fordul elő az életben, mikor lehet hasznos és káros, hogyan lehet megszabadulni a rezonancia káros megnyilvánulásától - olyan struktúrákat lehet létrehozni, amelyek nem omlanak össze, amikor a hajtóerő frekvenciája egybeesik az oszcillációs rendszer sajátfrekvenciájával. Hogyan lehet erősíteni a nagyon gyenge rezgéseket? A rezonancia jelenségét széles körben használják olyan tudományokban, mint a biológia, a szeizmológia, a csillagászat, a fizika stb. A rezonancia jelensége nélkül lehetetlen lenne zongorázni, hegedűn, gitáron és más, életünkbe bekerült hangszeren játszani. Fontos a rezgések tanulmányozása, mert életünk részei, és minden lépésnél találkozhatunk velük. 1. Detlaf A.A., Yavorsky B.M. Fizika tanfolyam: oktatóanyag főiskolák és egyetemek számára. - 4. kiadás, rev. - M.: Feljebb. iskola, 2012. - 718 p. Sommerfeld A., Mechanika. ―Izhevsk: „Szabályos és kaotikus dinamika” kutatóközpont, 2001. ―368Val vel. Kingsep A.S., Lokshin G.R., Olkhov O.A. A fizika alapjai. Általános fizika tantárgy: Tankönyv. 2 kötetben T. 1. Mechanika, elektromosság és mágnesesség, rezgések és hullámok, hullámoptika - M.: FIZIATLIT, 2001. ―560 pp. Laboratóriumi műhely fizikából. 2. rész. Rezgések és hullámok. Hullám optika. Molekuláris fizika, fizika szilárd, magfizika. TUIT, 2003-126.o Matveev A.N., Mechanika és relativitáselmélet: Tankönyv. egyetemistáknak / A.N. Matvejev. -3. kiadás - M.: LLC „ONICS 21. századi kiadó”: 000 „Béke és Oktatás Kiadó”, 2003. - 432 p. Saveljev, I.V. Fizika tantárgy: 3 kötetben: T.2: Villamosság. Rezgések és hullámok. Hullámoptika / I.V. Saveljev.-4. sz. törölve - Szentpétervár; M. Krasnodar: Lan.-2008.- 480 p. Sivukhin D.V. Általános tanfolyam fizika: tankönyv egyetemek számára. 5 kötetben II. kötet Termodinamika és Molekuláris fizika. - 3. kiadás, törölve. - M. FIZMATLIT, 2010. - 576 p. Trofimova T.I. Fizika tanfolyam: tankönyv. kézikönyv egyetemek számára. - Szerk. 9., átdolgozva és további - M.: "Akadémia" kiadó, 2011. - 560 p.
Kényszer rezgések- idővel változó külső erők hatására fellépő rezgések.
Az önrezgések abban különböznek a kényszerrezgésektől, hogy az utóbbiakat az okozza időszakos külső hatás és ennek a befolyásnak a gyakoriságával fordulnak elő, míg az önrezgések előfordulását és gyakoriságát magának az önoszcilláló rendszernek a belső tulajdonságai határozzák meg.
Newton második törvénye egy ilyen oszcillátorra a következő formában lesz írva: . Ha beírja a jelölést: 
és a gyorsulást a koordináta időbeli második deriváltjával helyettesítjük, a következő differenciálegyenletet kapjuk:
Ennek az egyenletnek a megoldása a homogén egyenlet általános megoldásának és az inhomogén egyenlet konkrét megoldásának összege lesz. A homogén egyenlet általános megoldását itt már megkaptuk, és ez a következő:
Ahol A A ,φ tetszőleges állandók, amelyeket a kezdeti feltételek alapján határozunk meg.
Keressünk egy konkrét megoldást. Ehhez behelyettesítjük az egyenletbe a következő alakú megoldást: és megkapjuk az állandó értékét: 
Ekkor a végső megoldást így írják le:
Okì ns(fr. rezonancia, lat. resono- válaszolok) a kényszer rezgések amplitúdójának éles növekedésének jelensége, amely akkor fordul elő, amikor a külső hatások frekvenciája megközelíti a rendszer tulajdonságai által meghatározott bizonyos értékeket (rezonanciafrekvenciákat).
Az amplitúdó növekedése csak a rezonancia következménye, ennek oka pedig a külső (gerjesztő) frekvencia és az oszcillációs rendszer belső (természetes) frekvenciájának egybeesése. A rezonancia jelenségét felhasználva a nagyon gyenge periodikus rezgések is elkülöníthetők és/vagy felerősíthetők. A rezonancia az a jelenség, hogy a hajtóerő bizonyos frekvenciájánál az oszcillációs rendszer különösen érzékeny ennek az erőnek a hatására.
A legtöbb ember számára legismertebb mechanikus rezonanciarendszer egy szabályos hinta. Ha a hintát a rezonanciafrekvenciájának megfelelően tolja, a mozgási tartomány megnő, ellenkező esetben a mozgás elhalványul. Egy ilyen inga rezonanciafrekvenciája kellő pontossággal meghatározható az egyensúlyi állapotból való kis elmozdulások tartományában a következő képlet segítségével:
Ahol g a gravitáció okozta gyorsulás (9,8 m/s² a Föld felszínén), és L- hossza az inga felfüggesztési pontjától a tömegközéppontig
A rezonancia jelenségek visszafordíthatatlan károsodást okozhatnak különböző mechanikai rendszerekben, például nem megfelelően kialakított hidakban. Így 1905-ben összeomlott a szentpétervári egyiptomi híd, miközben egy lovasszázad haladt át rajta, 1940-ben pedig az USA-ban a Tacoma híd. Az ilyen károk megelőzése érdekében van egy szabály, amely arra kényszeríti a katonák alakulatát, hogy megtörjenek a hidakon való áthaladáskor.
R 
rezgőkör rezonanciagörbéje Az oszcillációs kör rezonanciagörbéje: w0 - természetes rezgések frekvenciája; W az erőltetett rezgések frekvenciája; A DW egy w0-hoz közeli frekvenciasáv, amelynek határain az oszcillációs amplitúdó V = 0,7 Vmakc. A szaggatott vonal két összekapcsolt áramkör rezonanciagörbéje.
26. A termodinamika alapfogalmai és kiindulópontjai. Reverzibilis és irreverzibilis folyamatok. Körkörös folyamatok (ciklusok).
Termodinamika- a fizika ága, amely a hő és más energiaformák kapcsolatait és átalakulásait vizsgálja
A termodinamika elveinek listája
A termodinamika első törvénye az energiamegmaradás törvénye, amelyet a termodinamikai rendszerekre alkalmaznak (a rendszer által kapott hőmennyiség megváltoztatja belső energiáját, és külső erőkkel szemben működik).
Δ U = K − A
A termodinamika második főtétele korlátozza a termodinamikai folyamatok irányát, megtiltja a hő spontán átadását a kevésbé fűtött testekről a melegebb testekre. A növekvő entrópia törvényeként is megfogalmazva. dS≥0 ( Clausius egyenlőtlenség)
A termodinamika harmadik főtétele azt mondja meg, hogyan viselkedik az entrópia abszolút nulla hőmérséklet közelében. 
Reverzibilis folyamat(vagyis egyensúly) olyan termodinamikai folyamat, amely előre és hátrafelé egyaránt, ugyanazon köztes állapotokon haladva végbemehet, és a rendszer energiafelhasználás nélkül tér vissza eredeti állapotába, és a környezetben nem maradnak makroszkopikus változások.
Egy reverzibilis folyamat bármikor ellentétes irányba folyhat, ha bármely független változót végtelenül kicsivel megváltoztatunk.
A reverzibilis folyamatok termelik a legtöbb munkát. Általában lehetetlen több munkát szerezni a rendszerből. Ez ad reverzibilis folyamatoknak elméleti jelentőséget. A gyakorlatban reverzibilis folyamat nem valósítható meg. Végtelenül lassan folyik, és csak közelebb lehet hozzá menni.
Visszafordíthatatlan olyan folyamat, amely nem hajtható végre ellentétes irányban ugyanazon köztes állapotokon keresztül. Minden valós folyamat visszafordíthatatlan. Példák irreverzibilis folyamatokra: diffúzió, hővezető képesség stb.
Thermodynesì logikai qiì kly- körfolyamatok a termodinamikában, vagyis olyan folyamatok, amelyekben a munkafolyadék állapotát meghatározó kezdeti és végső paraméterek (nyomás, térfogat, hőmérséklet, entrópia) egybeesnek.
A termodinamikai ciklusok olyan folyamatok modelljei, amelyek a valódi hőgépekben végbemennek a hő mechanikai munkává alakítására. A Carnot-ciklus az egyetlen megfordítható ciklus egy olyan gépnél, amelyben a hőátadás csak a munkaközeg, a fűtőelem és a hűtőszekrény között megy végbe. Vannak más ciklusok is (például Stirling és Ericsson ciklusok), amelyekben a visszafordíthatóságot egy további hőtároló - egy regenerátor - bevezetésével érik el.
A rezonancia az egyik legérdekesebb fizikai jelenségek. És minél mélyebbre jutunk a minket körülvevő világgal kapcsolatos tudásunkban, annál jobban láthatóvá válik ennek a jelenségnek a szerepe különböző területekéletünkben – a zenében, az orvostudományban, a rádiótechnikában és még a játszótéren is.
Mi ennek a fogalomnak az értelme, keletkezésének, megnyilvánulásának feltételei?
Természetes és kényszerű rezgések. Rezonancia
Emlékezzünk egy egyszerű és kellemes szórakozásra - a hintázásra egy függőhintán.
Ha a megfelelő pillanatban nagyon kis erőt alkalmazunk, a gyermek meg tudja ringatni a felnőttet. Ehhez azonban a külső erő hatásának gyakoriságának meg kell egyeznie a lengés természetes frekvenciájával. Csak ebben az esetben növekszik észrevehetően az oszcillációik amplitúdója.
Tehát a rezonancia egy test rezgésének amplitúdójának éles növekedésének jelensége, amikor saját rezgésének frekvenciája egybeesik egy külső erő hatásának frekvenciájával.
Először is értsük meg a fogalmakat - természetes és kényszerű rezgések. Megfelelő - minden testben rejlő - csillagok, húrok, rugók, atommagok, gázok, folyadékok... Általában a rugalmassági együtthatótól, a test tömegétől és egyéb paramétereitől függenek. Az ilyen rezgések külső erő által végrehajtott elsődleges lökés hatására keletkeznek. Tehát ahhoz, hogy egy rugóra felfüggesztett terhelést rezegjen, elegendő azt egy bizonyos távolságra meghúzni. Az így létrejövő természetes rezgések csillapításra kerülnek, mivel az oszcillációs energiát magának az oszcillációs rendszernek és a környezet ellenállásának leküzdésére fordítják.
Kényszerrezgések akkor lépnek fel, ha egy testet egy bizonyos frekvenciájú külső (külső) erő éri. Ezt a külső erőt kényszererőnek is nevezik. Nagyon fontos, hogy ez a külső erő a megfelelő pillanatban és a megfelelő helyen hatjon a testre. Ő az, aki pótolja és növeli az energiaveszteséget a test saját rezgései során.
Mechanikai rezonancia
Nagyon ragyogó példa A rezonancia megnyilvánulása a híd összeomlásának számos esete, amikor egy csapat katona átsétált rajtuk alakzatban.
A katonacsizmák vésett lépése egybeesett a híd természetes rezgési frekvenciájával. Olyan amplitúdóval kezdett vibrálni, amihez az erősségét nem tervezték és... szétesett. Aztán egy új katonai csapat született "… lépésen kívül". Megszólal, amikor egy csapat gyalogos vagy lóháton álló katona átmegy a hídon.
Ha esetleg vonattal utazik, akkor a legfigyelmesebbek észrevették a kocsik észrevehető kilengését, amikor kerekei a síncsuklókba ütköztek. Így reagál az autó, vagyis rezonál azokra a rezgésekre, amelyek e hézagok leküzdésekor keletkeznek.
A hajóműszerek masszív állványokkal vannak felszerelve, vagy puha rugókra vannak felfüggesztve, hogy elkerüljék ezeknek a hajóalkatrészeknek a rezonanciáját a hajótest rezgésével. A hajó motorjainak beindításakor a hajó annyira rezonálni tud a működésükre, hogy ez veszélyezteti az erejét.
A megadott példák elegendőek a rezonancia figyelembevételének szükségességének bizonyítására. De néha mechanikai rezonanciát használunk anélkül, hogy észrevennénk. Az útsárba rekedt autó kilökésekor a sofőr és önkéntes segítői először megingatják, majd egyhangúlag előretolják a menetirányba.
Nehéz csengő meglendítésekor a harangozók öntudatlanul is használják ezt a jelenséget.
Ritmikusan, a csengő saját rezgésével időben húzzák a ráerősített zsinórt, növelve a rezgések amplitúdóját.
Vannak olyan műszerek, amelyek a frekvenciát mérik elektromos áram. Működésük a rezonancia használatán alapul.
Akusztikus rezonancia
Weboldalunk oldalain... Folytassuk beszélgetésünket, kiegészítve az akusztikus vagy hangrezonancia megnyilvánulására vonatkozó példákkal.
Miért hangszerek, főleg a gitárnak és a hegedűnek van ilyen szép teste? Tényleg csak azért, hogy szép legyen? Kiderült, hogy nem. Szükséges a hangszer által előállított teljes hangpaletta megfelelő hangzásához. Maga a gitárhúr által keltett hang meglehetősen halk. Ennek megerősítésére a húrokat egy bizonyos alakú és méretű test tetejére helyezik. A gitárba belépő hang rezonál különböző részek házés fokozódik.
A hang erőssége és tisztasága a fa minőségétől, sőt attól is függ, hogy milyen lakkal van bevonva a hangszer.
Elérhető rezonátorok a vokális apparátusunkban. Szerepüket a hangszálakat körülvevő különféle légüregek töltik be. Felerősítik a hangot, formálják a hangszínét, éppen azokat a rezgéseket erősítik, amelyeknek frekvenciája közel áll az övékéhez. A rezonátorok használatának képessége hangberendezés- ez az énekesnő tehetségének egyik oldala. F.I. tökéletesen elsajátította. Chaliapin.
Azt mondják, hogy amikor ez a nagyszerű művész tüdejében énekelt, a gyertyák kialudtak, a csillárok megremegtek és a vágott poharak megrepedtek.
Azok. A hangrezonancia jelensége óriási szerepet játszik a hangok elragadó világában.
Elektromos rezonancia
Az elektromos áramkörök sem kerülték el ezt a jelenséget. Ha a külső feszültség változásának gyakorisága egybeesik az áramkör természetes rezgésének frekvenciájával, akkor elektromos rezonancia léphet fel. Mint mindig, ez az áramkörben lévő áram és feszültség éles növekedésében nyilvánul meg. Ez tele van rövidzárlattal és az áramkörbe tartozó eszközök meghibásodásával.
Azonban a rezonancia az, ami lehetővé teszi, hogy ráhangolódjunk egy adott rádióállomás frekvenciájára. Az antenna általában sok frekvenciát vesz a különböző rádióállomásoktól. A hangológomb elforgatásával megváltoztatjuk a rádióvevő vevő áramkörének frekvenciáját.
Amikor az antennához érkező frekvenciák egyike egybeesik ezzel a frekvenciával, akkor ezt a rádióállomást fogjuk hallani.
Schumann integet
A Föld felszíne és ionoszférája között van egy réteg, amelyben az elektromágneses hullámok nagyon jól terjednek. Ezt az égi folyosót hullámvezetőnek nevezik. Az itt keletkezett hullámok többször is megkerülhetik a Földet. De honnan származnak? Kiderült, hogy villámcsapáskor fordulnak elő.
Schumann, a Müncheni Műszaki Egyetem professzora kiszámította gyakoriságukat. Kiderült, hogy 10 Hz-nek felel meg. De éppen ezzel a ritmussal oszcillál az emberi agy! Ez lenyűgöző tény nem lehetett csak véletlen. Egy óriási hullámvezető belsejében élünk, amely a ritmusával irányítja testünket. A további kutatások megerősítették ezt a feltételezést. Kiderült, hogy a Schumann-hullámok torzulása például mágneses viharok során rontja az emberek egészségét.
Azok. A normál emberi közérzethez az emberi test legfontosabb rezgésének ritmusának rezonálnia kell a Schumann-hullámok frekvenciájával.
A háztartási és ipari elektromos készülékek működéséből származó elektromágneses szmog torzítja a Föld természetes hullámait, tönkreteszi a bolygónkkal való finom kapcsolatainkat.
Az Univerzum minden tárgya a rezonancia törvényeinek hatálya alá tartozik. Még az emberi kapcsolatokra is vonatkoznak ezek a törvények. Tehát amikor barátokat választunk magunknak, olyan embereket keresünk, mint mi magunk, akikkel érdeklődünk, akikkel „egy hullámhosszon vagyunk”.
Ha ez az üzenet hasznos volt számodra, szívesen látlak
Egy árkon átdobott deszkán sétálva rezonanciába léphetünk a rendszer saját periódusával (egy tábla, amin egy ember van), és ekkor a tábla erősen oszcillálni kezd (fel-le hajolni). Ugyanez megtörténhet egy hídnál, amelyen egy katonai egység vagy egy vonat halad át (a periodikus erőt lábütések vagy kerékütközések okozzák a síncsuklókban). Így például 1906-ban. Szentpéterváron összeomlott a Fontanka folyón átívelő úgynevezett egyiptomi híd. Ez a hídon való átkelés közben történt felderítő zászlóalj, és a ceremoniális menetelésre jól edzett lovak tiszta lépése a híd korszakára visszhangzott. Az ilyen esetek megelőzése érdekében a hidakon való átkeléskor a katonai egységeknek általában azt a parancsot kapják, hogy ne lépésben, hanem szabad tempóban járjanak. A vonatok többnyire lassú sebességgel kelnek át hidakon, így a kerekek síncsuklóinak ütközési ideje lényegesen hosszabb, mint a híd szabad rezgési ideje. Néha használt fordított módszer"elhangolási" időszakok: a vonatok rohannak át a hidakon a maximális sebesség. Előfordul, hogy a kerekek ütközési periódusa a sínek ízületeinél egybeesik az autó rugókon való kilengésének időszakával, és az autó ekkor nagyon erősen kileng. A hajónak is megvan a vízen ringató időszaka. Ha tenger hullámai rezonanciába esnek a hajó időszakával, a mozgás különösen erőssé válik. A kapitány ezután megváltoztatja a hajó sebességét vagy irányát. Ennek eredményeként a hajót érő hullámok periódusa megváltozik (a hajó relatív sebességének és akaratának változása miatt), és eltávolodik a rezonanciától. A gépek és hajtóművek kiegyensúlyozatlansága (elégtelen beállítás, tengelykihajlás) az oka annak, hogy ezeknek a gépeknek a működése során a gép támasztékára - az alapra, a hajótestre stb. - ható időszakos erőhatás lép fel. az erő egybeeshet a tartó szabad rezgésének periódusával, vagy például magának a forgó tengelynek a hajlítási periódusával, vagy ennek a tengelynek a torziós rezgésének periódusával. A rezonancia következményei, a kényszerrezgések olyan erősek lehetnek, hogy tönkreteszik az alapot, letörik a tengelyeket stb. Minden ilyen esetben speciális intézkedéseket tesznek a rezonancia elkerülésére vagy hatásának gyengítésére (hangolódási periódusok, növekvő csillapítás - csillapítás stb.). Nyilvánvaló, hogy ahhoz, hogy a legkisebb periodikus erővel egy bizonyos tartományú kényszerrezgést lehessen elérni, rezonanciában kell cselekedni. Még egy gyermek is meglendítheti egy nagy harang nehéz nyelvét, ha a kötelet a nyelv szabad rezgésével húzza. De a legtöbbet erős ember nem lendíti a nyelvet, kihúzza a kötelet a rezonanciából.
A hidak építésekor a mérnökök csak az áthaladó emberek és a szállított áruk súlyának nyomását vették figyelembe. A váratlan katasztrófák azonban bebizonyították, hogy a hidak építésekor figyelembe kell venni a gerendákra gyakorolt egyéb hatásokat is.
Egyszer régen egy katonák különítménye haladt el egy függőhídon Angers (Franciaország) közelében, akik egyértelműen verték a lépésüket, és egyszerre ütötték a padlót jobb és bal lábukkal. A lábütések alatt a híd kissé megingott, de hirtelen elszakadtak a tartóláncok, és a híd az emberekkel együtt a folyóba omlott. Több mint kétszáz ember halt meg.
A közvélemény felháborodott. A hídépítőket hanyag számításokkal és elfogadhatatlan fémmegtakarítással vádolták... A mérnökök értetlenül álltak: mi okozta a több évtizede szolgáló híd láncainak szakadását?
Mint mindig, most is vita kezdődött. A régi gyakorlók hosszú habozás nélkül azt állították, hogy a láncok berozsdásodtak, és nem bírják a katonák súlyát.
A megszakadt áramkörök vizsgálata azonban nem erősítette meg ezt a magyarázatot. A fémet nem sértette meg mélyen a rozsda. Keresztmetszet linkek biztosították a szükséges biztonsági határt.
Soha nem sikerült megtalálni a híd összeomlásának okát.
Több évtized telt el, és hasonló katasztrófa ismétlődött meg Szentpéterváron.
A lovasság átkelt a Fontanka feletti egyiptomi hídon. A ritmikus járásra kiképzett lovak egyszerre ütötték a patájukat. A híd az ütésektől időben kissé megingott. A hidat tartó láncok hirtelen elszakadtak, és az a lovasokkal együtt a folyóba esett.
Újra fellángoltak az elfeledett viták. Meg kellett oldani az ilyen katasztrófák rejtélyes okát, hogy ne ismétlődhessenek meg. Hiszen a hidakat helyesen tervezték. A láncoknak többször is ki kellett állniuk nagyobb terhelés mint a hidakon átkelő emberek és lovak súlya.
Milyen erők törték meg a láncszemeket?
Egyes mérnökök úgy sejtették, hogy a hidak összeomlását a fedélzeten becsapódások ritmusa okozta.
De miért történtek katasztrófák a függőhidakkal? Miért kelnek át biztonságosan a katonai gyalogsági és lovassági egységek a közönséges gerendahidakon?
Ezekre a kérdésekre csak az ütések hatásának tanulmányozása adható meg különböző hídkonstrukciók esetén.
A függőhíd gerendája a végeinél tartókon elhelyezett deszkához hasonlítható. Amikor egy fiú ugrál rajta, a tábla fel-le hajlik. Ha bekerülsz ezeknek a rezgéseknek a ritmusába, akkor a kilengése egyre nagyobb lesz, míg végül a deszka eltörik.
A függőhíd gerendái is rezeghetnek, bár ez szemmel kevésbé észrevehető. Az Angers melletti híd körülbelül 1,5 másodpercig ingadozott. Amikor a katonák végigmentek rajta, lépéseik ritmusa véletlenül egybeesett a gerendák saját rezgéseivel. Az észrevehetetlen terjedelem egyre nagyobb lett. Végül a láncok nem bírták, és eltörtek.
A test rezgési periódusának egybeesését a gerjesztő lökések közötti intervallummal rezonanciának nevezzük.
Nagyon érdekes tapasztalat, amely a rezonancia jelenségét illusztrálja, a maga idejében készítette Galilei. Felakasztott egy nehéz ingát, és lélegezni kezdett rajta, próbálva megbizonyosodni arról, hogy a levegő kilégzése közötti időközök egybeesnek az inga saját rezgésével. Minden kilégzés teljesen észrevehetetlen sokkot okozott. Fokozatosan felhalmozódva azonban ezeknek a sokknak a hatása meglendítette a nehéz ingát.
A rezonancia jelenségével gyakran találkozunk a technikában. Például előfordulhat, amikor egy vonat áthalad egy gerendahídon. Amikor egy mozdony vagy kocsi kerekei síncsuklókkal találkoznak, lökést adnak, amely átadódik a gerendáknak. A nyalábokban bizonyos frekvenciájú rezgések kezdődnek. Ha az ütések a gerendák rezgésével időben esnének, akkor veszélyes rezonancia keletkezne.
A jelenség elkerülése érdekében a mérnökök úgy tervezik a hidakat, hogy természetes rezgési periódusuk nagyon rövid legyen. Ebben az esetben az az időtartam, amely alatt a kerék az egyik csuklótól a másikig fut, nagyobb, mint a nyalábok rezgési periódusa és a rezonancia? nem lehet.
A rezonancia hatására egy erősen megrakott hajó még gyenge hullámok alatt is meginghat.
A hajó egyensúlya a súlypont és az úgynevezett nyomásközéppont egymáshoz viszonyított helyzetétől függ. A víz minden oldalról nyomja a benne elmerült testrészt. Minden nyomóerő helyettesíthető egy eredővel. A kiszorított víz súlypontjára helyezik, és egyenesen felfelé irányítják. Alkalmazásának pontja a nyomásközéppont. Általában a súlypont felett helyezkedik el.
Amíg a hajó testét vízszintesen tartják, a gravitáció és a nyomás közvetlenül ellentétesek, és kioltják egymást. De ha a hajó valamilyen okból megdől, akkor a nyomás középpontja oldalra kerül. Most két erő hat rá - a gravitáció és a nyomás. Próbálják kiegyenesíteni a hajó helyzetét. Ennek eredményeként a hajó kiegyenesedik, és tehetetlenségből a másik irányba lendül.
Tehát elkezd ingaként oszcillálni. Ezek a hajó saját rezgései, amelyek a fedélzeti hullámok hatására keletkeznek. Ha ezek az ütések a hajó ringatásával együtt esnek, akkor a hajó kilengése megnő. A hajó ringása veszélyessé válhat, és akár a halálát is okozhatja.
Ilyen katasztrófa történt az 1870-ben vízre bocsátott Captain angol csatahajóval.
Ez a hajó vastag acélpáncélba volt burkolva. A csatahajó alacsony, nehéz tornyaiba erődágyúkat szereltek fel. A legénység 550 tengerészből és tisztből állt. Feltételezték, hogy a kapitány az angol flotta egyik legfélelmetesebb csatahajója lesz.
A hajótest felületét borító vastag acélpáncél, a nehéz tornyok és az erős tüzérségi darabok túlságosan megnövelték a súlypontot. Az első vihar során a csatahajó erősen megdőlt, az oldalára feküdt, gerincével felfelé borult és a fenékre süllyedt. Csapatából csak néhánynak sikerült megszöknie.
