Os danos e benefícios da ressonância. O fenômeno da ressonância e sua ocorrência
Introdução
Capítulo 1. Vibrações forçadas
1Características de oscilações forçadas e seus exemplos 2 Fenômeno de ressonância Capítulo 2. Uso de vibrações em tecnologia 1 vibrações livres 2 Uso de vibração na fundição 3 Usando vibrações para classificação materiais de massa Capítulo 3. Efeitos nocivos das vibrações 1 Inclinação e estabilizadores do navio 2 flutuações da tripulação 3 Anti-ressonância Conclusão Lista de literatura usada Introdução
O interesse atualmente demonstrado pelos processos oscilatórios é muito amplo e vai muito além do estudo das oscilações do pêndulo, como foi o caso em início do XVII século, quando os cientistas estavam apenas começando a se interessar pelas oscilações. Conhecendo vários ramos do conhecimento, observando fenômenos naturais, não é difícil perceber que as vibrações são uma das formas mais comuns de movimento mecânico. Encontramos movimentos oscilatórios em Vida cotidiana e tecnologia: o pêndulo de um relógio de parede faz oscilações periódicas em torno de uma posição vertical, a base de uma turbina de alta velocidade oscila no ritmo das revoluções do eixo principal, a carroceria de um vagão balança sobre molas ao passar pelas juntas dos trilhos , etc. Em todos estes casos, o corpo oscilante faz um movimento periódico (repetido) entre duas posições extremas, passando por períodos de tempo mais ou menos iguais no mesmo ponto, ora em uma direção, ora na direção oposta. De acordo com as visões modernas da ciência, som, calor, luz, fenômenos eletromagnéticos, ou seja, Os processos físicos mais importantes do mundo que nos rodeia são vários tipos de vibrações. A fala humana, que é um poderoso meio de comunicação entre as pessoas, está associada às vibrações das cordas vocais. A música, capaz de reproduzir e evocar emoções complexas (experiências, sensações) nas pessoas, é fisicamente determinada da mesma forma que outros fenômenos sonoros pelas vibrações do ar, cordas, placas e outros corpos elásticos. As oscilações desempenham um papel excepcional em ramos importantes da tecnologia como eletricidade e rádio. Geração, transmissão e consumo de energia elétrica, telefonia, telegrafia, radiodifusão, televisão (transmissão de imagens à distância), radar (método de reconhecimento de objetos localizados a centenas de quilômetros de distância por meio de ondas de rádio) - todos esses ramos importantes e complexos de A tecnologia é baseada no uso de vibrações elétricas e eletromagnéticas. Encontramos vibrações em um organismo vivo. As batidas do coração, as contrações do estômago e de outros órgãos são periódicas. Construtores e projetistas têm que contar com a possibilidade de vibrações em diversas estruturas e máquinas. Os construtores navais lidam com a inclinação e a vibração (oscilações) de um navio. Os trabalhadores dos transportes estão interessados nas vibrações dos carros, locomotivas, pontes e os pilotos estão interessados nas vibrações dos aviões. É difícil nomear um ramo da tecnologia onde as vibrações não desempenhem um papel significativo. A variedade e riqueza de formas de processos oscilatórios é muito grande. Em alguns casos, as vibrações mecânicas que acompanham o funcionamento das máquinas são prejudiciais e perigosas. Em outros casos, as propriedades e características das vibrações mecânicas são utilizadas na engenharia mecânica e na construção com grande benefício para diversos fins técnicos. O tema de pesquisa neste trabalho são oscilações forçadas. O propósito disto trabalho do curso: aprender o máximo possível sobre o fenômeno da ressonância, as consequências que a ressonância pode levar e onde esse fenômeno é aplicado. Objetivo: estudar mais profundamente as características das vibrações forçadas e qual o papel que elas desempenham na tecnologia. Capítulo 1. Vibrações forçadas
.1 Características de vibrações forçadas e seus exemplos
Oscilações forçadas são aquelas que ocorrem em um sistema oscilatório sob a influência de uma força externa que muda periodicamente. Essa força, via de regra, desempenha um duplo papel: primeiro, balança o sistema e fornece-lhe um certo suprimento de energia; em segundo lugar, repõe periodicamente as perdas de energia (consumo de energia) para superar as forças de resistência e atrito. Deixe a força motriz mudar ao longo do tempo de acordo com a lei: Vamos compor uma equação de movimento para um sistema oscilando sob a influência de tal força. Assumimos que o sistema também é afetado por uma força quase elástica e a força de resistência do meio ambiente (o que é verdade sob a suposição de pequenas flutuações). Então a equação de movimento do sistema ficará assim: ou
Depois de fazer substituições , , - frequência natural de oscilações do sistema, obtemos uma equação diferencial linear não uniforme 2 º ordem: Da teoria das equações diferenciais sabe-se que decisão comum Não equação homogêneaé igual à soma da solução geral da equação homogênea e da solução particular da equação não homogênea. A solução geral da equação homogênea é conhecida: ,
Onde ;0e a são const arbitrários. Usando um diagrama vetorial, você pode verificar se essa suposição é verdadeira e também determinar os valores a E j .
A amplitude das oscilações é determinada pela seguinte expressão: .
Significado j , que é a magnitude do atraso de fase da oscilação forçada da força compulsória que o determinou , também é determinado a partir do diagrama vetorial e é: Finalmente, uma solução particular para a equação não homogênea assumirá a forma: (1)
Esta função em soma fornece a solução geral do não homogêneo equação diferencial, descrevendo o comportamento do sistema sob oscilações forçadas. O termo (2) desempenha um papel significativo em Estado inicial processo, com o chamado estabelecimento de oscilações (Fig. 1). Com o tempo devido ao fator exponencial o papel do segundo termo (2) diminui cada vez mais, e após tempo suficiente pode ser desprezado, retendo apenas o termo (1) na solução. (2)
Figura 1. Etapas do processo em que as oscilações são estabelecidas Assim, a função (1) descreve oscilações forçadas em estado estacionário. Eles representam oscilações harmônicas com frequência igual à frequência da força motriz. A amplitude das oscilações forçadas é proporcional à amplitude da força motriz. Para um determinado sistema oscilatório (definido w 0eb) a amplitude depende da frequência da força motriz. As oscilações forçadas estão atrasadas em fase em relação à força motriz, e a magnitude do atraso é j também depende da frequência da força motriz. A dependência da amplitude das oscilações forçadas com a frequência da força motriz leva ao fato de que em uma determinada frequência determinada para um determinado sistema, a amplitude das oscilações atinge um valor máximo. O sistema oscilatório revela-se especialmente responsivo à ação da força motriz nesta frequência. Este fenômeno é chamado de ressonância, e a frequência correspondente é chamada de frequência de ressonância. Em vários casos, o sistema oscilatório oscila sob a influência de uma força externa, cujo trabalho compensa periodicamente a perda de energia devido ao atrito e outras resistências. A frequência de tais oscilações não depende das propriedades do próprio sistema oscilante, mas da frequência das mudanças na força periódica sob a influência da qual o sistema faz suas oscilações. Neste caso, estamos lidando com oscilações forçadas, ou seja, com oscilações impostas ao nosso sistema pela ação de forças externas. As fontes de forças perturbadoras e, portanto, de oscilações forçadas, são muito diversas. Detenhamo-nos na natureza das forças perturbadoras encontradas na natureza e na tecnologia. Como já indicado, carros elétricos, turbinas a vapor ou a gás, volantes de alta velocidade, etc. devido ao desequilíbrio das massas rotativas, provocam vibrações de rotores, pisos de fundações de edifícios, etc. As máquinas de pistão, que incluem motores de combustão interna e motores a vapor, são uma fonte de forças perturbadoras periódicas devido ao movimento alternativo de algumas peças (por exemplo, um pistão), à exaustão de gases ou vapor. Normalmente, as forças perturbadoras aumentam com o aumento da velocidade da máquina, por isso a luta contra as vibrações em máquinas de alta velocidade torna-se extremamente importante. Muitas vezes é realizado criando uma base elástica especial ou instalando uma suspensão elástica da máquina. Se a máquina for montada rigidamente sobre uma fundação, então as forças perturbadoras que atuam na máquina são quase inteiramente transmitidas à fundação e depois através do solo até o edifício onde a máquina está instalada, bem como às estruturas próximas. Para reduzir o efeito das forças desequilibradas na base, é necessário que a frequência natural de vibração da máquina sobre a base elástica (gaxeta) seja significativamente inferior à frequência das forças perturbadoras, determinada pelo número de rotações de a máquina. A razão para as oscilações forçadas do navio, o balanço dos navios, são as ondas que colidem periodicamente com um navio flutuante. Além do balanço do navio como um todo sob a influência de águas agitadas, também são observadas oscilações forçadas (vibração) de partes individuais do casco do navio. A causa dessas vibrações é o desequilíbrio do motor principal do navio, que gira a hélice, bem como dos mecanismos auxiliares (bombas, dínamos, etc.). Durante a operação dos mecanismos do navio, surgem forças inerciais de massas desequilibradas, cuja frequência de repetição depende do número de revoluções da máquina. Além disso, as vibrações forçadas do navio podem ser causadas pelo impacto periódico das pás da hélice no casco do navio. Vibrações forçadas da ponte podem ser causadas por um grupo de pessoas caminhando ao longo dela. As oscilações de uma ponte ferroviária podem ocorrer sob a ação de acopladores que conectam as rodas motrizes de uma locomotiva que passa. Os motivos que causam vibrações forçadas no material circulante (locomotivas elétricas, locomotivas a vapor ou diesel e vagões) incluem impactos repetidos periodicamente das rodas nas juntas dos trilhos. As vibrações forçadas dos carros são causadas por impactos repetidos das rodas em superfícies irregulares da estrada. Vibrações forçadas de elevadores e gaiolas de içamento de minas ocorrem devido ao funcionamento irregular da máquina de içamento, devido a forma irregular tambores nos quais as cordas são enroladas, etc. As razões que causam vibrações forçadas em linhas de energia, edifícios altos, mastros e chaminés Pode haver rajadas de vento. De particular interesse são as vibrações forçadas das aeronaves, que podem ser causadas por vários motivos. Aqui, em primeiro lugar, deve-se ter em mente a vibração da aeronave causada pelo funcionamento do grupo de hélices. Devido ao desequilíbrio do mecanismo de manivela, motores em funcionamento e hélices em rotação, ocorrem choques periódicos que suportam vibrações forçadas. Junto com as oscilações causadas pela ação das forças periódicas externas discutidas acima, influências externas de natureza diferente também são observadas nos aviões. Em particular, as vibrações surgem devido à má aerodinâmica da parte frontal da aeronave. O mau fluxo ao redor das superestruturas da asa ou uma conexão não suave entre a asa e a fuselagem (corpo) da aeronave levam a formações de vórtices. Os vórtices de ar, rompendo-se, criam um fluxo pulsante que atinge a cauda e a faz tremer. Esse tremor da aeronave ocorre sob certas condições de voo e se manifesta na forma de choques que não ocorrem com bastante regularidade, a cada 0,5-1 segundo. Este tipo de vibração, associada principalmente à vibração de partes da aeronave devido à turbulência no fluxo ao redor da asa e outras partes frontais da aeronave, é chamada de “buffing”. O fenômeno do buffing, causado pela interrupção dos fluxos da asa, é especialmente perigoso quando o período de impactos na cauda da aeronave está próximo do período de vibrações livres da cauda ou fuselagem da aeronave. Neste caso, as flutuações do tipo buffet aumentam acentuadamente. Casos muito interessantes de buffing foram observados ao lançar tropas da asa de um avião. O aparecimento de pessoas nas asas gerou formações de vórtices, causando vibrações na aeronave. Outro caso de golpe de empenagem em uma aeronave de dois lugares foi causado pelo fato de um passageiro estar sentado na cabine traseira e sua cabeça saliente ter contribuído para a formação de vórtices no fluxo de ar. Na ausência de passageiro na cabine traseira, não foram observadas vibrações. As vibrações de flexão da hélice causadas por forças perturbadoras de natureza aerodinâmica também são importantes. Essas forças surgem devido ao fato de a hélice, ao girar, passar duas vezes pelo bordo de ataque da asa a cada revolução. As velocidades do fluxo de ar nas imediações da asa e a alguma distância dela são diferentes e, portanto, as forças aerodinâmicas que atuam na hélice devem mudar periodicamente duas vezes para cada revolução da hélice. Esta circunstância é a razão da excitação das vibrações transversais das pás da hélice. 1.1
Fenômeno de ressonância
O fenômeno no qual se observa um aumento acentuado na amplitude das oscilações forçadas é denominado ressonância. A frequência ressonante é determinada a partir da condição máxima para a amplitude das oscilações forçadas: Então, substituindo este valor na expressão da amplitude, obtemos: (4)
Na ausência de resistência média, a amplitude das oscilações na ressonância se voltaria para o infinito; a frequência de ressonância nas mesmas condições (b = 0) coincide com a frequência natural das oscilações. A dependência da amplitude das oscilações forçadas com a frequência da força motriz (ou, o que dá no mesmo, com a frequência de oscilação) pode ser representada graficamente (Fig. 2). As curvas individuais correspondem Significados diferentes b . Quanto menos b , quanto mais alto e à direita estiver o máximo desta curva (veja a expressão para w res. ). Com atenuação muito alta a ressonância não é observada - com o aumento da frequência, a amplitude das oscilações forçadas diminui monotonicamente (curva inferior na Fig. 2). Figura 2. Dependência da amplitude das oscilações forçadas da frequência da força motriz O conjunto de gráficos apresentados correspondentes a diferentes valores de b é denominado curvas de ressonância. Notasem relação às curvas de ressonância: conforme w®0 tende, todas as curvas chegam a um valor diferente de zero igual a . Este valor representa o deslocamento da posição de equilíbrio que o sistema recebe sob a influência de uma força constante F 0. No w®¥ todas as curvas tendem assintoticamente a zero, porque em altas frequências, a força muda de direção tão rapidamente que o sistema não tem tempo de mudar visivelmente de sua posição de equilíbrio. Quanto menor b, mais a amplitude próxima à ressonância muda com a frequência, mais “nítido” é o máximo. Uma família de curvas de ressonância de parâmetro único pode ser construída, de maneira especialmente fácil, usando um computador. O resultado desta construção é mostrado na Fig. 3. A transição para unidades de medida “convencionais” pode ser realizada simplesmente alterando a escala dos eixos coordenados. Arroz. 3. Função que determina a quantidade de atenuação A frequência da força motriz, na qual a amplitude das oscilações forçadas é máxima, também depende do coeficiente de amortecimento, diminuindo ligeiramente à medida que este aumenta. Por fim, enfatizamos que um aumento no coeficiente de amortecimento leva a um aumento significativo na largura da curva de ressonância. A mudança de fase resultante entre as oscilações do ponto e a força motriz também depende da frequência das oscilações e do seu coeficiente de amortecimento. Ficaremos mais familiarizados com o papel desta mudança de fase ao considerarmos a conversão de energia no processo de oscilações forçadas. As vibrações forçadas representam, em alguns casos, um perigo para operação normal máquinas e a integridade das estruturas. Mesmo uma força perturbadora insignificante que atua periodicamente sobre uma estrutura pode, sob certas condições, revelar-se mais perigosa do que uma força constante, que é muitas dezenas de vezes maior em magnitude. O efeito das vibrações muitas vezes se manifesta não nas imediações do local de ação das forças perturbadoras, como seria de esperar, mas em locais distantes dele e mesmo num sistema não diretamente ligado à estrutura sujeita às vibrações. Por exemplo. o funcionamento da máquina provoca vibrações tanto no edifício onde a máquina está localizada como no edifício localizado nas proximidades; a operação de um motor de bombeamento de água pode causar vibrações em uma ponte ferroviária próxima, etc. A razão para estes fenômenos peculiares é a capacidade de qualquer estrutura de funcionar vibrações elásticas uma certa frequência. A estrutura pode ser comparada a um instrumento musical, capaz de produzir sons de determinada altura e responder a esses sons se forem ouvidos de fora. Quando uma estrutura é submetida a uma carga periódica com uma certa frequência, ocorrerão vibrações especialmente significativas naquela parte da estrutura que possui uma frequência natural próxima a essa frequência ou um múltiplo dela. Assim, nesta parte da estrutura, mesmo que seja afastada do local onde a carga é aplicada, pode ocorrer o fenômeno de ressonância. amortecedor de tecnologia de ressonância de vibração Este fenômeno ocorre quando a frequência da força perturbadora é igual à frequência natural do sistema. O fenômeno de um aumento acentuado na amplitude das oscilações forçadas quando a frequência da força motriz coincide com a frequência natural de um sistema capaz de oscilar é denominado ressonância. O fenômeno da ressonância é importante porque ocorre com bastante frequência. Qualquer pessoa que tenha empurrado, por exemplo, uma criança num balanço, encontrou ressonância. Isso é muito difícil de fazer se você fechar os olhos e empurrar o balanço aleatoriamente. Mas se você encontrar o ritmo certo, será fácil balançar o swing. O maior resultado, portanto, só pode ser alcançado quando o tempo entre os choques individuais coincide com o período de oscilação do balanço, ou seja, a condição de ressonância é satisfeita. O fenômeno da ressonância deve ser levado em consideração no projeto de máquinas e diversos tipos de estruturas. A frequência natural de vibração destes dispositivos não deve em caso algum estar próxima da frequência de possíveis influências externas. Assim, por exemplo, a frequência natural das vibrações do casco de um navio ou das asas de uma aeronave deve ser muito diferente da frequência das vibrações que podem ser excitadas pela rotação da hélice de um navio ou da hélice de uma aeronave. Caso contrário, ocorrerão vibrações de grande amplitude, que podem levar à destruição do invólucro e ao desastre. Há casos conhecidos em que pontes desabaram quando colunas de soldados em marcha passaram por elas. Isso aconteceu porque a frequência natural de vibração da ponte acabou sendo próxima da frequência com que a coluna caminhava. Ao mesmo tempo, o fenômeno da ressonância muitas vezes acaba sendo muito útil. Graças à ressonância, por exemplo, tornou-se possível utilizar vibrações ultrassônicas, ou seja, vibrações sonoras de alta frequência, na medicina: para destruir pedras que às vezes se formam no corpo humano, para diagnóstico várias doenças. Pela mesma razão, as vibrações ultrassônicas podem matar alguns microorganismos, incluindo patógenos. O fenômeno da ressonância em circuitos elétricos quando suas frequências naturais coincidem com as frequências das oscilações eletromagnéticas das ondas de rádio, permite-nos receber transmissões de televisão e rádio através de seus receptores. Este é quase o único método que permite separar os sinais de uma estação de rádio (desejada) dos sinais de todas as outras estações (interferentes). A ressonância, quando a frequência das oscilações eletromagnéticas coincide com as frequências naturais dos átomos, pode explicar a absorção da luz por uma substância. E essa absorção está na base da absorção do calor do Sol, a base da nossa visão e até mesmo a base do funcionamento de um forno de micro-ondas. Porém, na palavra “ressonância”, do latim resono – eu respondo, reside a chave para estabelecer semelhanças entre processos muito díspares, quando periódicos Influência externa algo capaz de oscilar responde aumentando o alcance de suas próprias oscilações. Em outras palavras, quando pequenos motivos podem levar a grandes consequências. Tendo identificado esse recurso, você pode facilmente continuar a lista de exemplos e, como costuma acontecer, descobrirá manifestações de ressonância benéficas e prejudiciais. A universalidade na descrição dos processos oscilatórios, incluindo a ressonância, tem servido como estrela-guia para os cientistas na exploração de áreas até então inexploradas, por exemplo, o mundo dos microfenômenos. E isso levou à criação de métodos poderosos para estudar a estrutura da matéria, como a ressonância paramagnética eletrônica e a ressonância magnética nuclear. Mesmo no teatro antigo, grandes vasos de barro ou bronze (protótipos de ressonadores de Helmholtz), que eram cavidades esféricas ou em forma de garrafa com pescoço longo e estreito, eram usados para amplificar a voz do ator. Desde os tempos antigos, os tocadores de sinos usavam inconscientemente o fenômeno da ressonância, balançando um sino pesado com choques insignificantes, mas rítmicos. E na Catedral de Colônia havia um sino suspenso, balançando em fase com a língua, o que não permitia que nenhum som fosse extraído dele. No início dos anos 30 do século 20, quase todos os aviadores encontraram fenômeno misterioso, chamado flutter, quando aviões em vôo horizontal calmo de repente começaram a vibrar com tanta força que se desfizeram no ar. Acontece que a vibração foi gerada por motivos semelhantes aos que causaram as mudanças, e um aumento na frequência associado a um aumento na velocidade leva a um aumento no tom. O isolamento do cabo, testado em laboratório com tensão constante, às vezes rompia ao trabalhar com corrente alternada. Descobriu-se que isso ocorre quando o período das pulsações da corrente coincide com o período das oscilações elétricas do próprio cabo, o que levou a um aumento da tensão muitas vezes superior à tensão de ruptura. Mesmo os gigantescos cíclotrons modernos - aceleradores de partículas carregadas - usam um princípio simples, que é garantir a ressonância entre o movimento de uma partícula ao longo de uma trajetória espiral e um campo elétrico alternado que periodicamente “estimula” a partícula. Capítulo 2. Uso de vibrações em tecnologia
As oscilações são um dos processos mais comuns na natureza e na tecnologia. As oscilações podem ser mecânicas, eletromagnéticas, químicas, termodinâmicas e várias outras. Apesar dessa diversidade, todos eles têm muito em comum e, portanto, são descritos pelas mesmas equações diferenciais. Um ramo especial da física - a teoria das oscilações - trata do estudo das leis desses fenômenos. Os construtores de navios e aeronaves, os especialistas da indústria e dos transportes e os criadores de engenharia de rádio e equipamentos acústicos precisam conhecê-los. Os primeiros cientistas a estudar as oscilações foram Galileo Galilei (1564...1642) e Christian Huygens (1629...1692). Galileu estabeleceu o isocronismo (independência do período em relação à amplitude) de pequenas vibrações observando o balanço de um lustre em uma catedral e medindo o tempo pelas batidas de pulso em sua mão. Huygens inventou o primeiro relógio de pêndulo (1657) e na segunda edição de sua monografia “Relógios de Pêndulo” (1673) investigou uma série de problemas associados ao movimento de um pêndulo, em particular, encontrou o centro de oscilação de um corpo físico. pêndulo. Muitos cientistas deram uma grande contribuição ao estudo das oscilações: ingleses - W. Thomson (Lord Kelvin) e J. Rayleigh<#"justify">2.1 Vibrações livres
Entre todos os vários movimentos mecânicos que ocorrem ao nosso redor, são frequentemente encontrados movimentos repetitivos. Qualquer rotação uniforme é um movimento repetitivo: a cada revolução, cada ponto de um corpo em rotação uniforme passa pelas mesmas posições da revolução anterior, na mesma sequência e na mesma velocidade. Na realidade, a repetição nem sempre e nem em todas as condições é exactamente a mesma. Em alguns casos, cada novo ciclo repete com muita precisão o anterior, em outros casos a diferença entre os ciclos sucessivos pode ser perceptível. Os desvios da repetição absolutamente exata são muitas vezes tão pequenos que podem ser negligenciados e o movimento pode ser considerado repetido com bastante precisão, ou seja, considere-o periódico. O movimento periódico é um movimento repetido em que cada ciclo reproduz exatamente todos os outros ciclos. A duração de um ciclo é chamada de período. Obviamente, o período de rotação uniforme é igual à duração de uma revolução. Na natureza, e especialmente na tecnologia, os sistemas oscilatórios desempenham um papel extremamente importante, ou seja, aqueles corpos e dispositivos que são capazes de realizar movimentos periódicos. “Por conta própria” – isto significa, sem serem forçados a fazê-lo pela ação de forças externas periódicas. Tais oscilações são, portanto, chamadas de oscilações livres, em contraste com as oscilações forçadas que ocorrem sob a influência de forças externas que mudam periodicamente. Todos os sistemas oscilatórios têm uma série de propriedades comuns: Cada sistema oscilatório tem um estado de equilíbrio estável. Se o sistema oscilatório for removido de um estado de equilíbrio estável, surge uma força que retorna o sistema a uma posição estável. Tendo retornado a um estado estável, o corpo oscilante não pode parar imediatamente. Há mais de 20 anos, a vibração começou a ser utilizada na fabricação mistura de concreto. Isso permitiu facilitar o trabalho das camadas, aumentar a produtividade da mão de obra, reduzir o custo do concreto e melhorar sua qualidade. O concreto é um dos mais comuns materiais de construção. Ele é pedra artificial, que é feito a partir de uma mistura de brita (pedra pequena), areia, cimento e água, tendo o cimento como ligante (cola). O concreto é utilizado em quase todos os tipos de construção - industrial, civil, hidráulica, rodoviária, ponte, especial. Muitas estruturas são construídas inteiramente em concreto ou concreto armado, por exemplo, barragens, eclusas, pontes, estradas, pistas de pouso de aeronaves, aterros, elevadores, edifícios industriais e civis, etc. Para facilitar o assentamento, a mistura de concreto deve ser suficientemente móvel. Por outro lado, para obter o concreto mais denso e durável, é necessária a utilização de uma mistura rígida (com baixo teor de água). Este importante problema técnico é resolvido através do uso de vibradores. Um vibrador é um mecanismo que realiza vibrações frequentes que são transmitidas às partículas da mistura de concreto, e sob sua influência as partículas vibram de forma que o centro de vibração se desloque continuamente na direção de maior compactação. A mistura de concreto em movimento flui para os cantos do molde e o preenche bem. Em nosso país, o papel de liderança na utilização da vibração da massa de concreto é ocupado pela construção hidráulica. No maior canteiro de obras de engenharia hidráulica, Volgostroy (1936-1940), todo o volume de concreto (mais de 2 milhões) metros cúbicos) colocado usando vibração. Atualmente, o assentamento de concreto por vibração é bastante difundido e muito Meios eficazes melhorando a qualidade do material. A principal vantagem do concreto vibrado é a capacidade de compactar bem a mistura de concreto com menor teor de água. Devido à alta densidade do concreto vibrado, este é mais resistente às impurezas nocivas da atmosfera e da água do que o concreto colocado à mão. A absorção de água do concreto vibrado é de apenas 3% contra 7% do concreto compactado da mesma composição. A resistência à água aumenta significativamente, o que é de grande importância na construção de reservatórios, tubulações, etc. O concreto vibrado é mais resistente ao desgaste do que o concreto colocado à mão. Isto é explicado pela sua maior densidade. A adesão à armadura em concreto vibratório é 60-80% melhor do que no assentamento manual. A resistência à compressão com o mesmo consumo de cimento é 100% maior. A resistência ao impacto do concreto vibrado é 1,5-1,9 vezes maior que a resistência do concreto compactado. A retração do concreto vibrado é muito menor e pode chegar a 50% da retração do concreto colocado manualmente. Isso reduz o risco de rachaduras. Estima-se que a economia de cimento na mudança para o assentamento de misturas de concreto com vibradores varie de 10 a 25%, o que é de enorme importância econômica. 2.2 Uso de vibração na fundição
Para obter ferro fundido Alta qualidadeÀs vezes é aconselhável vibrar o ferro fundido fundido para remover gases nocivos e escória. Uma concha com ferro fundido fundido é colocada em uma plataforma vibratória especial, colocada em movimento oscilatório por meio de vibradores. A vibração da panela e, portanto, do ferro fundido líquido nela contido, promove a liberação de gases presentes no ferro fundido, bem como a flutuação de substâncias mais leves, que são inclusões de escória, que podem então ser removidas da superfície da panela. a concha. As peças fundidas de ferro fundido purificadas desta forma são de maior qualidade, tanto em termos de menor enfraquecimento por bolhas, quanto em termos de redução de inclusões de escória, que degradam a qualidade do ferro fundido. .3 Usando vibrações para classificar materiais a granel
Em vários ramos da tecnologia, máquinas e dispositivos de classificação baseados no uso de movimentos oscilatórios são amplamente utilizados. São debulhadores, joeiradores e outras máquinas agrícolas utilizadas para a triagem de grãos. As peneiras das joeiradoras e debulhadoras, sobre as quais cai o grão a ser separado, têm atuação lateral ou forçada forçada. vibrações longitudinais, garantindo o movimento alternativo dos grãos ao longo da superfície de trabalho da peneira e, como resultado, a classificação dos grãos. Estas vibrações são geralmente causadas pela ação de mecanismos de manivela. Um uso semelhante de processos oscilatórios é comum na indústria do carvão em plantas de processamento, onde são utilizadas máquinas de peneiramento especiais, cujo objetivo principal é a desidratação de carvões, peneiramento preparatório, ou seja, na separação do carvão em classes antes do beneficiamento, na triagem para obtenção de qualidades comerciais, etc. Um mecanismo semelhante pode até ser usado em contos de fadas, por exemplo: “Cinderela”, quando sua madrasta a forçou a separar ervilhas e milho. É aqui que tal mecanismo poderia ajudar Capítulo 3. Efeitos nocivos das vibrações
.1 Inclinação e estabilizadores do navio
Muitas vezes os navios são apanhados por uma tempestade, fazendo com que todo o navio balance. Esse balanço nas ondas muitas vezes se transforma na destruição catastrófica de todo o navio, que às vezes é acompanhada de vítimas. Para reduzir o movimento lateral da embarcação, são utilizados absorvedores de vibração especiais. Um desses absorvedores são os tanques Fram, que se assemelham a vasos comunicantes. O absorvedor Fram está localizado dentro do navio e consiste em dois tanques cheios até a metade com água e conectados entre si por uma tubulação de água na parte inferior e uma tubulação de ar com válvula na parte superior. Quando o navio rola lateralmente, a massa de água no estabilizador também oscila. Neste sistema oscilante, literalmente não existe “mola”, mas o papel de força restauradora é desempenhado pela gravidade, que sempre se esforça para devolver o nível da água a uma posição de equilíbrio. .2 Flutuações da tripulação
Suponha que as rodas dianteiras de uma carruagem (carros, carruagens, etc.) encontrem um obstáculo na estrada em forma de solavanco; ocorrerá compressão das molas, o que fará com que o carro oscile. Além disso, quando as rodas traseiras atingirem o mesmo obstáculo, um empurrão adicional será dado ao carro oscilante, o que causará novas oscilações. Estas últimas serão sobrepostas às primeiras oscilações e o movimento oscilatório resultante do carro dependerá do intervalo de tempo entre os choques ou da velocidade do carro e do comprimento do obstáculo no caminho. A uma determinada velocidade da tripulação, podem ser criadas condições desfavoráveis que contribuem para a ocorrência de ressonância. Mas amortecedores são usados para amolecê-lo. .3 Anti-ressonância
A anti-ressonância também é amplamente utilizada. Por exemplo, em redes elétricas eles instalam os chamados capacitores de descarga, que eliminam as correntes reativas. Eles surgem durante a ressonância espontânea, quando a energia campo magnético começa a flutuar entre a usina e o consumidor. Para eliminar essas correntes, os capacitores são conectados em série no circuito - a energia começa a oscilar entre eles e a estação, com isso, as perdas de potência tornam-se muitas vezes menores. Algo semelhante é feito em altos-fornos e outras estruturas onde as correntes reativas podem causar grandes perdas. Eles fazem isso por razões puramente económicas; não há novos efeitos físicos na anti-ressonância. Conclusão
Uma oscilação é um movimento repetitivo em que cada ciclo reproduz exatamente todos os outros ciclos. A duração de um ciclo é chamada de período. Frequência é o número de ciclos realizados por um corpo oscilante por unidade de tempo. Cada sistema oscilatório tem um estado de equilíbrio estável. Se o sistema oscilatório for removido de um estado de equilíbrio estável, surge uma força que retorna o sistema a uma posição estável. Tendo retornado a um estado estável, o corpo oscilante não pode parar imediatamente. Oscilações livres são as oscilações de um corpo que não é influenciado por uma força que muda periodicamente, e vice-versa, se uma força que muda periodicamente atua sobre um corpo oscilante, então essas são oscilações forçadas. Se a frequência da força motriz coincidir com a frequência natural do sistema oscilatório, ocorre a ressonância. A ressonância é o fenômeno de um aumento acentuado na amplitude das oscilações forçadas quando as frequências da força motriz e a frequência natural do sistema oscilatório são iguais. A oscilação que a projeção deste ponto em qualquer linha reta faz quando um ponto se move uniformemente em um círculo é chamada de oscilação harmônica (ou simples). Se estamos falando de vibrações mecânicas, ou seja, sobre os movimentos oscilatórios de qualquer meio sólido, líquido ou gasoso, então a propagação das oscilações significa a transferência das oscilações de uma partícula do meio para outra. A transmissão de vibrações se deve ao fato de áreas adjacentes do meio estarem conectadas entre si. Vibrações mecânicas inaudíveis com frequências abaixo da faixa sonora são chamadas de infra-sônicas, e com frequências acima da faixa sonora são chamadas de ultrassônicas. As flutuações desempenham um grande papel em nossas vidas. Como disse o físico americano Richard Feynman: “Na natureza, muitas vezes algo “vibra” e com a mesma frequência ocorre ressonância”. Meu objetivo era aprender o máximo possível sobre o fenômeno da ressonância, as consequências que a ressonância pode levar e onde esse fenômeno incomum é utilizado. Aprendi o que é o fenômeno da ressonância, onde ocorre na vida, quando pode ser útil e prejudicial, como você pode se livrar da manifestação prejudicial da ressonância - você pode criar estruturas que não desmoronam quando a frequência da força motriz coincide com a frequência natural do sistema oscilatório. Como amplificar vibrações muito fracas? O fenômeno da ressonância é amplamente utilizado em ciências como biologia, sismologia, astronomia, física, etc. Sem o fenômeno da ressonância seria impossível tocar piano, violino, violão e outros instrumentos que entraram em nossas vidas. É importante estudar as vibrações porque elas fazem parte de nossas vidas e podemos encontrá-las a cada passo. 1. Detlaf A.A., Yavorsky B.M. Curso de Física: tutorial para faculdades e universidades. - 4ª ed., rev. - M.: Mais alto. escola, 2012. - 718 p. Sommerfeld A., Mecânica. ―Izhevsk: Centro de Pesquisa “Dinâmica Regular e Caótica”, 2001. ―368Com. Kingsep A.S., Lokshin G.R., Olkhov O.A. Fundamentos de Física. Curso de física geral: livro didático. Em 2 vols. T. 1. Mecânica, eletricidade e magnetismo, oscilações e ondas, óptica ondulatória - M.: FIZIATLIT, 2001. ―560 pp. Oficina de laboratório de física. Parte 2. Oscilações e ondas. Óptica de ondas. Física molecular, física sólido, física nuclear. TUIT, 2003-p.126 Matveev A.N., Mecânica e teoria da relatividade: livro didático. para estudantes universitários / A.N. Matveev. -3ª edição. - M.: LLC “Editora “ONICS século 21”: 000 “Editora “Paz e Educação”, 2003. - 432 p. Savelyev, I.V. Curso de Física: em 3 volumes: T.2: Eletricidade. Oscilações e ondas. Óptica de ondas / I.V. Savelyev.-4ª ed. apagado - São Petersburgo; M. Krasnodar: Lan.-2008.- 480 p. Sivukhin D.V. Curso geral física: livro didático para universidades. Em 5 volumes. Volume II Termodinâmica e Física molecular. - 3ª ed., apagada. - M. FIZMATLIT, 2010. - 576 p. Trofimova T.I. Curso de física: livro didático. manual para universidades. -Ed. 9º, revisado e adicional - M.: Centro Editorial "Academia", 2011. - 560 p.
Vibrações forçadas- vibrações que ocorrem sob a influência de forças externas que mudam com o tempo.
As auto-oscilações diferem das oscilações forçadas porque estas últimas são causadas por periódico influência externa e ocorrem com a frequência dessa influência, enquanto a ocorrência de auto-oscilações e sua frequência são determinadas pelas propriedades internas do próprio sistema auto-oscilante.
A segunda lei de Newton para tal oscilador será escrita na forma: . Se você inserir a notação: 
e substituir a aceleração pela segunda derivada da coordenada em relação ao tempo, obtemos a seguinte equação diferencial:
A solução desta equação será a soma da solução geral da equação homogênea e da solução particular da não homogênea. A solução geral da equação homogênea já foi obtida aqui e tem a forma:
Onde A,φ são constantes arbitrárias determinadas a partir das condições iniciais.
Vamos encontrar uma solução específica. Para fazer isso, substituímos uma solução da forma: na equação e obtemos o valor da constante: 
Então a solução final será escrita como:
Razãoì ns(fr. ressonância, de lat. ressoar- eu respondo) é o fenômeno de um aumento acentuado na amplitude das oscilações forçadas, que ocorre quando a frequência da influência externa se aproxima de determinados valores (frequências de ressonância) determinados pelas propriedades do sistema.
O aumento da amplitude é apenas consequência da ressonância, e o motivo é a coincidência da frequência externa (de excitação) com a frequência interna (natural) do sistema oscilatório. Usando o fenômeno da ressonância, mesmo oscilações periódicas muito fracas podem ser isoladas e/ou amplificadas. A ressonância é um fenômeno em que, em uma determinada frequência da força motriz, o sistema oscilatório responde especialmente à ação dessa força.
O sistema de ressonância mecânica mais familiar para a maioria das pessoas é um balanço regular. Se você empurrar o swing de acordo com sua frequência de ressonância, a amplitude de movimento aumentará, caso contrário, o movimento desaparecerá. A frequência de ressonância de tal pêndulo pode ser encontrada com precisão suficiente na faixa de pequenos deslocamentos do estado de equilíbrio usando a fórmula:
Onde gé a aceleração da gravidade (9,8 m/s² para a superfície da Terra), e eu- comprimento do ponto de suspensão do pêndulo ao seu centro de massa
Os fenômenos de ressonância podem causar danos irreversíveis em diversos sistemas mecânicos, como pontes mal projetadas. Assim, em 1905, a ponte egípcia em São Petersburgo ruiu enquanto uma esquadra montada a atravessava e, em 1940, a ponte Tacoma, nos EUA, ruiu. Para evitar tais danos, existe uma regra que obriga a formação de soldados a diminuir o passo ao passar por pontes.
R 
curva ressonante de um circuito oscilante Curva de ressonância do circuito oscilatório: w0 - frequência das oscilações naturais; W é a frequência das oscilações forçadas; DW é uma banda de frequência próxima a w0, em cujos limites a amplitude de oscilação é V = 0,7 Vmakc. A linha pontilhada é a curva de ressonância de dois circuitos conectados.
26. Conceitos básicos e pontos de partida da termodinâmica. Processos reversíveis e irreversíveis. Processos circulares (ciclos).
Termodinâmica- um ramo da física que estuda as relações e transformações do calor e outras formas de energia
Lista de princípios da termodinâmica
A primeira lei da termodinâmica é a lei da conservação da energia aplicada aos sistemas termodinâmicos (a quantidade de calor recebida pelo sistema altera sua energia interna e realiza trabalho contra forças externas).
Δ você = P − A
A segunda lei da termodinâmica impõe restrições na direção dos processos termodinâmicos, proibindo a transferência espontânea de calor de corpos menos aquecidos para corpos mais aquecidos. Também formulada como a lei da entropia crescente. dS≥0 ( Desigualdade de Clausius)
A terceira lei da termodinâmica diz como a entropia se comporta perto das temperaturas do zero absoluto. 
Processo reversível(isto é, equilíbrio) é um processo termodinâmico que pode ocorrer tanto na direção direta quanto reversa, passando pelos mesmos estados intermediários, e o sistema retorna ao seu estado original sem gasto de energia, e nenhuma mudança macroscópica permanece no ambiente.
Um processo reversível pode fluir na direção oposta a qualquer momento, alterando qualquer variável independente em uma quantidade infinitesimal.
Os processos reversíveis produzem mais trabalho. Geralmente é impossível obter mais trabalho do sistema. Isso dá importância teórica aos processos reversíveis. Na prática, um processo reversível não pode ser realizado. Ele flui infinitamente devagar e você só pode chegar mais perto dele.
Irreversívelé um processo que não pode ser realizado na direção oposta através de todos os mesmos estados intermediários. Todos os processos reais são irreversíveis. Exemplos de processos irreversíveis: difusão, condutividade térmica, etc.
Termódinasì qi lógicoì kly- processos circulares em termodinâmica, ou seja, processos em que coincidem os parâmetros inicial e final que determinam o estado do fluido de trabalho (pressão, volume, temperatura, entropia).
Os ciclos termodinâmicos são modelos de processos que ocorrem em motores térmicos reais para converter calor em trabalho mecânico. O único ciclo reversível para uma máquina em que a transferência de calor ocorre apenas entre o fluido de trabalho, o aquecedor e o refrigerador é o Ciclo de Carnot. Existem também outros ciclos (por exemplo, ciclos Stirling e Ericsson), nos quais a reversibilidade é alcançada através da introdução de um reservatório de calor adicional - um regenerador
A ressonância é uma das mais interessantes fenômenos físicos. E quanto mais profundo se torna o nosso conhecimento sobre o mundo que nos rodeia, mais claramente visível é o papel deste fenómeno, em vários campos nossas vidas - na música, na medicina, na engenharia de rádio e até no playground.
Qual o significado deste conceito, as condições para o seu surgimento e manifestação?
Vibrações naturais e forçadas. Ressonância
Vamos lembrar de um entretenimento simples e agradável - balançar em um balanço suspenso.
Ao aplicar muito pouca força no momento certo, uma criança pode embalar um adulto. Mas para isso, a frequência da influência da força externa deve coincidir com a frequência natural do balanço. Somente neste caso a amplitude de suas oscilações aumentará visivelmente.
Assim, ressonância é o fenômeno de um aumento acentuado na amplitude das vibrações de um corpo, quando a frequência de suas próprias vibrações coincide com a frequência de ação de uma força externa.
Primeiro de tudo, vamos entender os conceitos - vibrações naturais e forçadas. Próprio - inerente a todos os corpos - estrelas, cordas, molas, núcleos, gases, líquidos... Geralmente dependem do coeficiente de elasticidade, da massa do corpo e de seus demais parâmetros. Tais oscilações surgem sob a influência de um empurrão primário realizado por uma força externa. Assim, para fazer vibrar uma carga suspensa por uma mola, basta puxá-la por uma certa distância. As oscilações naturais resultantes serão amortecidas, uma vez que a energia da oscilação é gasta na superação da resistência do próprio sistema oscilatório e do meio ambiente.
As vibrações forçadas ocorrem quando um corpo é exposto a uma força externa (externa) com uma certa frequência. Essa força externa também é chamada de força coercitiva. É muito importante que esta força externa atue sobre o corpo no momento certo e no lugar certo. É ela quem repõe as perdas de energia e as aumenta durante as próprias vibrações do corpo.
Ressonância mecânica
Muito um exemplo brilhante manifestações de ressonância são vários casos de desabamento de pontes quando uma companhia de soldados passou por elas em formação.
O passo cinzelado das botas dos soldados coincidia com a frequência natural de vibração da ponte. Começou a vibrar com uma amplitude para a qual sua força não foi projetada e... desmoronou. Então nasceu uma nova equipe militar "... fora de sintonia". Soa quando uma companhia de soldados a pé ou a cavalo atravessa a ponte.
Se acontecer de você viajar de trem, então os mais atentos de vocês notaram o notável balanço dos vagões quando suas rodas batem nas juntas dos trilhos. É assim que o carro responde, ou seja, ressoa com as vibrações que surgem ao superar essas lacunas.
Os instrumentos do navio são equipados com suportes maciços ou suspensos em molas macias para evitar a ressonância dessas partes do navio com as vibrações do casco do navio. Quando os motores do navio são ligados, o navio pode ressoar tanto com sua operação que isso ameaça sua força.
Os exemplos dados são suficientes para demonstrar a necessidade de levar em conta a ressonância. Mas às vezes usamos ressonância mecânica sem perceber. Ao empurrar um carro preso na lama da estrada, o motorista e seus assistentes voluntários primeiro o balançam e depois o empurram unanimemente para frente na direção da viagem.
Ao balançar um sino pesado, os tocadores de sinos também usam esse fenômeno inconscientemente.
Eles ritmicamente, no ritmo das próprias vibrações do sino, puxam a corda presa a ele, aumentando a amplitude das vibrações.
Existem instrumentos que medem frequência corrente elétrica. Sua ação é baseada no uso da ressonância.
Ressonância acústica
Nas páginas do nosso site nós... Continuemos a nossa conversa, complementando-a com exemplos de manifestação de ressonância acústica ou sonora.
Por que fazer instrumentos musicais, principalmente o violão e o violino têm um corpo tão lindo? É realmente apenas para ficar bonita? Acontece que não. É necessário para o som correto de toda a paleta sonora produzida pelo instrumento. O som produzido pela própria corda do violão é bastante silencioso. Para fortalecê-lo, os fios são colocados em cima de um corpo que possui determinado formato e tamanho. O som que entra na guitarra ressoa com várias partes habitação e se intensifica.
A força e a pureza do som dependem da qualidade da madeira e até do verniz com que o instrumento é revestido.
Disponível ressonadores em nosso aparelho vocal. Seu papel é desempenhado por uma variedade de cavidades de ar que circundam as cordas vocais. Eles amplificam o som, moldam seu timbre, potencializando justamente aquelas vibrações cuja frequência é próxima da sua. A capacidade de usar os ressonadores do seu aparelho de voz- essa é uma das faces do talento da cantora. F.I. dominou perfeitamente. Chaliapin.
Dizem que quando esse grande artista cantava a plenos pulmões, as velas se apagavam, os lustres tremiam e os vidros cortados rachavam.
Aqueles. O fenômeno da ressonância sonora desempenha um papel importante no maravilhoso mundo dos sons.
Ressonância elétrica
Os circuitos elétricos também não escaparam desse fenômeno. Se a frequência de mudança na tensão externa coincidirá com a frequência das oscilações naturais do circuito, então pode ocorrer ressonância elétrica. Como sempre, isso se manifesta em um aumento acentuado na corrente e na tensão no circuito. Isso pode causar curto-circuito e falha dos dispositivos incluídos no circuito.
Porém, é a ressonância que nos permite sintonizar a frequência de uma determinada estação de rádio. Normalmente, a antena recebe muitas frequências de diferentes estações de rádio. Ao girar o botão de sintonia, alteramos a frequência do circuito receptor do receptor de rádio.
Quando uma das frequências que chegam à antena coincidir com esta frequência, ouviremos esta estação de rádio.
Ondas Schumann
Entre a superfície da Terra e sua ionosfera existe uma camada na qual as ondas eletromagnéticas se propagam muito bem. Este corredor celestial é chamado de guia de ondas. As ondas geradas aqui podem circundar a Terra várias vezes. Mas de onde eles vêm? Acontece que eles ocorrem durante a queda de raios.
O professor Schumann da Universidade Técnica de Munique calculou a sua frequência. Descobriu-se que é igual a 10 Hz. Mas é justamente com esse ritmo que o cérebro humano oscila! Esse fato incrível não poderia ter sido apenas uma coincidência. Vivemos dentro de um guia de ondas gigante, que controla nosso corpo com seu ritmo. Outras pesquisas confirmaram essa suposição. Descobriu-se que a distorção das ondas de Schumann, por exemplo, durante tempestades magnéticas, piora a saúde das pessoas.
Aqueles. Para o bem-estar humano normal, o ritmo das vibrações mais importantes do corpo humano deve ressoar com a frequência das ondas Schumann.
A poluição electromagnética proveniente do funcionamento de aparelhos eléctricos domésticos e industriais distorce as ondas naturais da Terra e destrói as nossas relações subtis com o nosso planeta.
Todos os objetos no Universo estão sujeitos às leis da ressonância. Até as relações humanas estão sujeitas a essas leis. Assim, ao escolhermos amigos para nós, procuramos pessoas como nós, por quem nos interessamos, com quem estamos “na mesma sintonia”.
Se esta mensagem foi útil para você, ficarei feliz em vê-lo
Caminhando ao longo de uma prancha lançada sobre uma vala, pode-se entrar em ressonância com o próprio período do sistema (uma prancha com uma pessoa sobre ela), e a prancha então começa a oscilar fortemente (curvar-se para cima e para baixo). O mesmo pode acontecer com uma ponte sobre a qual passa uma unidade militar ou um trem (a força periódica é causada por impactos de pés ou rodas nas juntas dos trilhos). Assim, por exemplo, em 1906. Em São Petersburgo, a chamada ponte egípcia sobre o rio Fontanka desabou. Isso aconteceu enquanto atravessava a ponte esquadrão de cavalaria, e o passo claro dos cavalos, bem treinados em marcha cerimonial, ressoava com a época da ponte. Para evitar tais casos, ao cruzar pontes, as unidades militares geralmente recebem ordens de não andar no mesmo ritmo, mas em ritmo livre. Os trens geralmente cruzam pontes em baixa velocidade, de modo que o período em que as rodas atingem as juntas dos trilhos é significativamente maior do que o período de vibrações livres da ponte. Às vezes usado método reverso períodos de "dessintonização": os trens atravessam pontes em velocidade máxima. Acontece que o período de impactos das rodas nas juntas dos trilhos coincide com o período de oscilações do carro nas molas, e o carro então balança com muita força. O navio também tem seu período de balanço na água. Se ondas do mar entrar em ressonância com o período do navio, o movimento torna-se especialmente forte. O capitão então altera a velocidade do navio ou seu curso. Como resultado, o período das ondas que atingem o navio muda (devido a mudanças na velocidade relativa do navio e na vontade) e se afasta da ressonância. O desequilíbrio de máquinas e motores (alinhamento insuficiente, deflexão do eixo) é a razão pela qual durante o funcionamento dessas máquinas surge uma força periódica atuando no suporte da máquina - a fundação, o casco de um navio, etc. a força pode coincidir com o período de oscilações livres do suporte ou, por exemplo, com o período de oscilação da flexão do próprio eixo rotativo ou com o período de oscilação torcional deste eixo. Os resultados da ressonância e as vibrações forçadas podem ser tão fortes que destroem a fundação, quebram os eixos, etc. Em todos esses casos, são tomadas medidas especiais para evitar a ressonância ou enfraquecer o seu efeito (períodos de desafinação, aumento da atenuação - amortecimento, etc.). Obviamente, para obter uma certa faixa de oscilações forçadas utilizando a menor força periódica, é necessário atuar em ressonância. Até uma criança pode balançar a língua pesada de um sino grande se puxar a corda com um período de vibração livre da língua. Mas o mais homem forte não balançará a língua, puxando a corda para fora da ressonância.
Ao construir pontes, os engenheiros levaram em conta apenas a pressão do peso das pessoas que as atravessavam e das mercadorias transportadas. Mas desastres inesperados provaram que, ao construir pontes, é preciso levar em conta algumas outras influências nas suas vigas.
Era uma vez um destacamento de soldados que passava por uma ponte pênsil perto de Angers (França), que batia claramente o passo, batendo simultaneamente no chão com os pés direito e esquerdo. Sob os golpes dos pés, a ponte balançou ligeiramente, mas de repente as correntes de suporte quebraram e a ponte, junto com as pessoas, desabou no rio. Mais de duzentas pessoas morreram.
A opinião pública ficou indignada. Os construtores da ponte foram acusados de cálculos descuidados e economias inaceitáveis em metal... Os engenheiros ficaram perplexos: o que causou a ruptura das correntes da ponte, que serviam há várias décadas?
Como sempre, a polêmica começou. Os antigos praticantes, sem hesitar por muito tempo, alegaram que as correntes estavam enferrujadas e não suportavam o peso dos soldados.
Contudo, a inspeção dos circuitos quebrados não confirmou esta explicação. O metal não foi profundamente danificado pela ferrugem. Corte transversal links forneciam a margem de segurança necessária.
Nunca foi possível encontrar a causa do desabamento da ponte.
Várias décadas se passaram e uma catástrofe semelhante se repetiu em São Petersburgo.
A unidade de cavalaria cruzou a ponte egípcia sobre o Fontanka. Cavalos treinados para andar ritmicamente batiam os cascos ao mesmo tempo. A ponte balançou ligeiramente no ritmo dos golpes. De repente, as correntes que sustentavam a ponte quebraram e ela, junto com os cavaleiros, caiu no rio.
Disputas esquecidas ressurgiram novamente. Era necessário resolver a misteriosa causa de tais desastres para que não voltassem a acontecer. Afinal, as pontes foram projetadas corretamente. As correntes tiveram que resistir várias vezes maior carga do que o peso de pessoas e cavalos atravessando pontes.
Que forças quebraram os elos das correntes?
Alguns engenheiros adivinharam que o colapso das pontes estava associado ao ritmo dos impactos no convés.
Mas por que aconteceram desastres em pontes suspensas? Por que as unidades militares de infantaria e cavalaria atravessam com segurança pontes comuns?
A resposta a estas questões só poderia ser dada através do estudo da ação dos choques para diferentes projetos de pontes.
A viga de uma ponte pênsil pode ser comparada a uma tábua colocada em suas extremidades sobre suportes. Quando um menino salta sobre ela, a prancha se curva para cima e para baixo. Se você entrar no ritmo dessas vibrações, seu balanço ficará cada vez maior, até que finalmente a prancha quebra.
As vigas de uma ponte suspensa também podem vibrar, embora isso seja menos perceptível à vista. A ponte perto de Angers oscilou com um período de cerca de 1,5 segundos. Quando os soldados caminhavam por ela, o ritmo de seus passos acidentalmente combinava com as próprias vibrações de suas vigas. O escopo imperceptível tornou-se cada vez maior. Finalmente as correntes não aguentaram e quebraram.
A coincidência do período de oscilações de um corpo com o intervalo entre os choques que os excitam é chamada de ressonância.
Muito experiência interessante, ilustrando o fenômeno da ressonância, foi feito em sua época por Galileu. Pendurando um pêndulo pesado, ele começou a respirar nele, tentando garantir que os intervalos entre as exalações de ar estivessem sincronizados com as próprias oscilações do pêndulo. Cada expiração produzia um choque completamente imperceptível. No entanto, acumulando-se gradativamente, o efeito desses choques fez balançar o pesado pêndulo.
O fenômeno da ressonância é frequentemente encontrado em tecnologia. Por exemplo, pode ocorrer quando um trem atravessa uma ponte de viga. Quando as rodas de uma locomotiva ou de um vagão encontram as juntas dos trilhos, elas produzem um impulso que é transmitido às vigas. Vibrações de uma certa frequência começam nos feixes. Se os choques coincidissem com as vibrações das vigas, surgiria uma ressonância perigosa.
Para evitar esse fenômeno, os engenheiros projetam pontes de modo que seu período natural de vibração seja muito curto. Nesse caso, o período de tempo durante o qual a Roda passa de uma junta a outra é maior que o período de oscilação dos feixes e de ressonância? não pode ser.
Como resultado da ressonância, um navio muito carregado pode balançar mesmo durante ondas fracas.
O equilíbrio de um navio depende da posição relativa do centro de gravidade e do chamado centro de pressão. A água pressiona de todos os lados a parte do corpo imersa nela. Todas as forças de pressão podem ser substituídas por uma resultante. É aplicado no centro de gravidade da água deslocada e direcionado diretamente para cima. O ponto de sua aplicação é o centro de pressão. Geralmente fica acima do centro de gravidade.
Enquanto o casco do navio for mantido nivelado, a gravidade e a pressão serão diretamente opostas e se anularão. Mas se o navio inclinar por algum motivo, o centro de pressão se moverá para o lado. Agora existem duas forças agindo sobre ele - gravidade e pressão. Eles estão tentando endireitar a posição do navio. Como resultado, o navio se endireitará e, por inércia, balançará na outra direção.
Então começará a oscilar como um pêndulo. Estas são as vibrações do próprio navio que surgem sob a influência das ondas a bordo. Se esses golpes coincidirem com o balanço do navio, o balanço do navio aumentará. O balanço de um navio pode tornar-se perigoso e até causar a sua morte.
Tal desastre aconteceu com o encouraçado inglês Captain, lançado em 1870.
Este navio estava revestido com uma espessa armadura de aço. Os canhões da fortaleza foram instalados nas torres baixas e pesadas do navio de guerra. A tripulação era composta por 550 marinheiros e oficiais. Supunha-se que o Capitão seria um dos navios de guerra mais formidáveis da frota inglesa.
A espessa blindagem de aço que cobria a superfície do casco, as torres pesadas e as poderosas peças de artilharia aumentavam demais o centro de gravidade. Durante a primeira tempestade, o encouraçado inclinou-se fortemente, tombou de lado, virou para cima com a quilha e afundou. Apenas alguns de sua equipe conseguiram escapar.
