O fenômeno da ressonância e sua ocorrência. Exemplos de ressonância em mecânica, acústica, circuitos elétricos e átomos de moléculas

A ressonância 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. Um aumento na amplitude é apenas uma 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.

Cada sistema mecânico elástico tem sua própria frequência de vibração. Se alguma força desequilibrar este sistema e depois parar de agir, o sistema oscilará em torno de sua posição de equilíbrio por algum tempo. A frequência dessas oscilações é chamada de frequência natural do sistema. A taxa de sua atenuação depende das propriedades elásticas e da massa, das forças de atrito e não depende da força que causou as vibrações.

Se a força que desequilibra o sistema mecânico muda com uma frequência igual à frequência da frequência natural das oscilações, então a deformação de um período será sobreposta pela deformação do próximo período e o sistema irá oscilar com um sempre -aumento da amplitude, teoricamente ad infinitum. Naturalmente, a estrutura não será capaz de suportar uma deformação cada vez maior e entrará em colapso.

A coincidência da frequência das oscilações naturais com a frequência de mudança da força eletrodinâmica é chamada ressonância mecânica.

A ressonância total é observada quando a frequência das oscilações de força coincide exatamente com a frequência das vibrações naturais da estrutura e amplitudes positivas e negativas iguais, ressonância parcial - quando as frequências não coincidem completamente e amplitudes desiguais.

Para evitar ressonância de peleé necessário que a frequência das vibrações naturais da estrutura seja diferente da frequência de mudança da força eletrodinâmica.É melhor quando a frequência das oscilações naturais está abaixo da frequência da mudança de força. A seleção da frequência necessária de oscilações naturais pode ser feita jeitos diferentes. Para pneus, por exemplo, alterando o comprimento do vão livre

Quando, quando a frequência da componente variável da força elétrica está próxima da frequência natural das vibrações mecânicas, mesmo com forças relativamente pequenas, é possível a destruição do aparelho devido a fenômenos de ressonância.

Os pneus sob a influência do EDF realizam vibrações forçadas na forma de ondas estacionárias. Se a frequência das vibrações livres for superior a 200 Hz, as forças são calculadas para o modo estático sem levar em conta a ressonância.

Se a frequência das vibrações livres do pneu for determinada durante o projeto, eles se esforçam para excluir a possibilidade de ressonância escolhendo o comprimento da vão livre do pneu.

Com a montagem flexível dos pneus, a frequência natural das vibrações mecânicas é reduzida. A energia do EDF é parcialmente gasta na deformação das peças condutoras de corrente e parcialmente na movimentação das mesmas e dos fixadores flexíveis associados. Ao mesmo tempo pele. As tensões no material do pneu são reduzidas

Muitas vezes ouvimos a palavra ressonância: “ resposta pública", "evento que causou ressonância", "frequência ressonante". Frases bastante familiares e comuns. Mas você pode dizer exatamente o que é ressonância?

Se a resposta saltou para você, estamos realmente orgulhosos de você! Pois bem, se o tema “ressonância na física” levanta dúvidas, então aconselhamos a leitura do nosso artigo, onde falaremos detalhadamente, de forma clara e breve sobre um fenômeno como a ressonância.

Antes de falar sobre ressonância, é preciso entender o que são oscilações e sua frequência.

Oscilações e Frequência

As oscilações são um processo de mudança de estado de um sistema, repetido ao longo do tempo e ocorrendo em torno de um ponto de equilíbrio.

O exemplo mais simples de oscilação é andar em um balanço. Apresentamos isso por uma razão; este exemplo será útil para compreendermos a essência do fenômeno da ressonância no futuro.

A ressonância só pode ocorrer onde há vibração. E não importa que tipo de vibrações sejam - flutuações de tensão elétrica, vibrações sonoras ou simplesmente vibrações mecânicas.

Na figura abaixo descrevemos o que podem ser as flutuações.

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As oscilações são caracterizadas por amplitude e frequência. Para as oscilações já mencionadas acima, a amplitude das oscilações é altura máxima, em que o balanço decola. Também podemos balançar o balanço lenta ou rapidamente. Dependendo disso, a frequência de oscilação mudará.

A frequência de oscilação (medida em Hertz) é o número de oscilações por unidade de tempo. 1 Hertz é uma oscilação por segundo.

Quando balançamos um balanço, balançando periodicamente o sistema com uma certa força (neste caso, o balanço é um sistema oscilatório), ele realiza oscilações forçadas. Um aumento na amplitude das oscilações pode ser alcançado se este sistema for influenciado de uma determinada forma.

Ao empurrar o balanço em um determinado momento e com uma certa periodicidade, você pode balançá-lo com bastante força, usando muito pouco esforço. Isso será uma ressonância: a frequência de nossas influências coincide com a frequência das oscilações do balanço e a amplitude do balanço. as oscilações aumentam.

A essência do fenômeno da ressonância

Ressonância em física é a resposta seletiva de frequência de um sistema oscilatório a um período periódico Influência externa, que se manifesta em um aumento acentuado na amplitude das oscilações estacionárias quando a frequência da influência externa coincide com certos valores característicos de um determinado sistema.

A essência do fenômeno da ressonância na física é que a amplitude das oscilações aumenta acentuadamente quando a frequência de influência no sistema coincide com a frequência natural do sistema.

Há casos conhecidos em que a ponte ao longo da qual os soldados marchavam ressoou com o passo da marcha, balançou e desabou. Aliás, é por isso que agora, ao cruzar a ponte, os soldados devem andar em ritmo livre e não no mesmo ritmo.

Exemplos de ressonância

O fenômeno da ressonância é observado em vários processos físicos. Por exemplo, ressonância sonora. Vamos pegar um violão. O som das cordas do violão será baixo e quase inaudível. No entanto, há uma razão pela qual as cordas são instaladas acima do corpo - o ressonador. Uma vez dentro do corpo, o som das vibrações das cordas se intensifica, e quem segura o violão pode sentir como ele começa a “tremer” levemente e vibrar com os golpes nas cordas. Em outras palavras, ressoe.

Outro exemplo de observação de ressonância que encontramos são os círculos na água. Se você jogar duas pedras na água, as ondas que passam por elas se encontrarão e aumentarão.

A ação de um forno de micro-ondas também é baseada na ressonância. Nesse caso, a ressonância ocorre nas moléculas de água que absorvem a radiação de micro-ondas (2,450 GHz). Como resultado, as moléculas ressoam, vibram com mais força e a temperatura dos alimentos aumenta.

A ressonância pode ser benéfica e prejudicial. E a leitura do artigo, assim como a ajuda do nosso atendimento ao aluno em situações educacionais difíceis, só lhe trará benefícios. Se, ao concluir o curso, você precisar entender a física da ressonância magnética, poderá entrar em contato com segurança com nossa empresa para obter ajuda rápida e qualificada.

Por fim, sugerimos assistir a um vídeo sobre o tema “ressonância” e ter certeza de que a ciência pode ser emocionante e interessante. Nosso serviço ajudará em qualquer trabalho: desde um curso de física das oscilações ou um ensaio de literatura.

“Vibrações e ondas mecânicas” - Conteúdo. Auto-oscilações forçadas livres. Vibrações mecânicas. Leis da reflexão. Ondas. A propagação de oscilações de ponto a ponto (de partícula a partícula) no espaço ao longo do tempo. A frequência cíclica e o período de oscilação são iguais, respectivamente: Um ponto material preso a uma mola absolutamente elástica.

“Frequência de vibração” - O que é chamado de tom puro? Velocidade do som. Na maioria das vezes, esta substância é o ar. O ultrassom é usado para detectar vários defeitos em peças fundidas. Cada um de nós está familiarizado com um fenômeno sonoro como o eco. A velocidade do som depende das propriedades do meio em que o som viaja. Infra-som.

“Vibrações livres” – Da lei de Ohm para uma seção de um circuito corrente alternada: Fluxo magnético Ф através do plano da estrutura: Equação para a mudança na carga q nas placas do capacitor ao longo do tempo: Oscilações eletromagnéticas amortecidas. Frequência cíclica de oscilações eletromagnéticas livres no circuito: Oscilações eletromagnéticas livres.

“Vibrações mecânicas” - Vibrações e ondas mecânicas. Comprimento de onda (?) é a distância entre partículas próximas que oscilam na mesma fase. Longitudinal. Forçado. Gráfico de vibração harmônica. Ondas são a propagação de vibrações no espaço ao longo do tempo. A frequência de oscilação é o número de oscilações completas realizadas por unidade de tempo.

“Física das oscilações e ondas” - Fig. 53. Generalização do tema Literatura para trabalho: 1. Física-9 - livro didático 2. Física -8 de Gromov 3. Física, cara, ambiente. (apêndice ao livro didático). Depois de estudar o tema Oscilações e ondas, você deveria... Oscilações e ondas. Conhecer: a equação da vibração harmónica e a determinação das características da vibração: amplitude, período, frequência de vibração; definições de mecânico, transversal e ondas longitudinais; características das ondas: comprimento, velocidade; exemplos do uso de ondas sonoras em tecnologia.

“Oscilações harmônicas” - A1 – amplitude da 1ª oscilação. Espancamento. Óptica geométrica e ondulatória. Kuznetsov Sergey Ivanovich Professor Associado do Departamento de Educação Física da Física Médica Unificada da TPU. (2.2.4). Figura 5. A amplitude A da oscilação resultante depende da diferença nas fases iniciais. As oscilações estão em antifase. (2.2.5). Gráfico; geométrico, usando o vetor de amplitude (método do diagrama vetorial).

São ao todo 14 apresentações no tema

A palavra "ressonância" é usada pelas pessoas todos os dias nas mais Significados diferentes. É pronunciado por políticos e apresentadores de TV, escrito por cientistas em suas obras e estudado por crianças em idade escolar nas aulas. Esta palavra tem vários significados relacionados a diferentes áreas da atividade humana.

De onde vem a palavra ressonância?

Todos nós aprendemos o que é ressonância pela primeira vez em um curso escolar de física. Nos dicionários científicos, este termo é explicado detalhadamente do ponto de vista da mecânica, radiação eletromagnética, óptica, acústica e astrofísica.

Do ponto de vista técnico, a ressonância é um fenômeno de resposta de um sistema oscilatório e não de uma influência externa. Quando os períodos de influência e resposta do sistema coincidem, ocorre a ressonância - um aumento acentuado na amplitude das oscilações em questão.

O exemplo mais simples de ressonância mecânica é dado em suas obras pelo cientista medieval Toricelli. Uma definição precisa do fenômeno da ressonância foi dada por Galileu Galilei em seu trabalho sobre pêndulos e o som das cordas musicais. O que é ressonância eletromagnética, explicada em 1808 por James Maxwell, fundador da eletrodinâmica moderna.

Você pode descobrir o que é “ressonância” não apenas na Wikipedia, mas nas seguintes publicações de referência:

livros didáticos de física para as séries 7 a 11;
enciclopédia física;
dicionário enciclopédico científico e técnico;
dicionário de palavras estrangeiras da língua russa;
enciclopédia filosófica.

Ressonância na polêmica e retórica

A palavra “ressonância” adquiriu outro significado no campo das ciências sociais. Esta palavra refere-se à resposta do público a um determinado fenômeno na vida das pessoas, a uma determinada declaração ou incidente. Normalmente, a palavra “ressonância” é usada quando algo faz com que muitas pessoas tenham uma reação semelhante e muito forte ao mesmo tempo. Existe até uma expressão comumente usada “ampla ressonância pública”, que é um clichê de discurso. É melhor evitá-lo em seu próprio discurso, escrito ou oral.

EM dicionário filosófico ressonância é interpretada como um conceito que tem significado figurativo e entendido como o acordo ou a mesma opinião de duas pessoas, duas almas em compaixão, simpatia ou antipatia, simpatia ou indignação.

No sentido de “resposta forte”, “avaliação unânime”, a palavra ressonância é muito popular entre políticos, palestrantes e locutores. Ajuda a transmitir um surto emocional, um impulso unânime e a enfatizar o significado do que está acontecendo.

Onde encontramos ressonância?

No sentido literal, a palavra ressonância deve ser usada em relação a muitos processos naturais que ocorrem ao nosso redor. Todas as crianças que andam em um balanço ou carrossel regular em um playground exploram a ressonância mecânica.

As donas de casa, ao aquecer alimentos no micro-ondas, usam ressonância eletromagnética. A rede de radiodifusão televisiva e radiofónica baseia-se nos princípios da ressonância, no trabalho celulares e wi-fi para internet.

A ressonância sonora permite-nos desfrutar da música ou deleitar-nos com os ecos das montanhas e dentro de casa onde as paredes não possuem isolamento acústico suficiente. A operação de ecobatímetros e muitos outros instrumentos de medição é baseada no princípio da ressonância acústica.

Por que a ressonância é perigosa?

No sentido científico natural, a ressonância como fenômeno pode não apenas ser útil para os humanos, mas também perigosa. Maioria exemplo brilhante- construção.

Ao projetar edifícios e estruturas, os cálculos estruturais de ressonância são estritamente necessários. É assim que são calculados todos os edifícios altos, torres, suportes de linhas de energia, antenas de transmissão e recepção, bem como edifícios altos que ressoam com ventos em grandes altitudes.

Todas as pontes e objetos estendidos devem ser verificados quanto à ressonância. Em 2010, um vídeo de uma ponte sobre o Volga, que se espalhou como uma fita de seda, se espalhou pela Internet. Os resultados da investigação mostraram que as estruturas da ponte ressoavam com o vento.

Um incidente semelhante ocorreu nos EUA. Em 7 de novembro de 1940, um dos vãos da Ponte Suspensa de Tacoma, localizada no estado de Washington, desabou. Mesmo durante a construção, os especialistas notaram vibrações no tabuleiro da ponte associadas ao vento e à baixa altura dos apoios. Como resultado do colapso, foram realizados numerosos estudos e cálculos, que se tornaram a base para as modernas tecnologias de construção de pontes. Entre os especialistas surgiu até o termo “Ponte Tacoma”, significando a má qualidade dos cálculos de construção.

Cada um de nós encontra ressonância todos os dias. Este fenômeno deve ser lembrado em Vida cotidiana, tentar balançar em uma passarela ou colocar utensílios de metal no micro-ondas (isso é proibido pelas regras). E a própria palavra “ressonância” pode ser usada em seu discurso para decorá-lo e melhorar a impressão do que você disse.

A definição do conceito de ressonância (resposta) em física é confiada a técnicos especiais que possuem gráficos estatísticos que frequentemente encontram esse fenômeno. Hoje, a ressonância é uma resposta seletiva de frequência, onde um sistema de vibração ou um aumento repentino na força externa faz com que outro sistema oscile com maior amplitude em determinadas frequências.

Princípio de funcionamento

Este fenômeno é observado, quando um sistema é capaz de armazenar e transferir facilmente energia entre dois ou mais modos de armazenamento diferentes, como energia cinética e potencial. No entanto, há alguma perda de ciclo para ciclo, chamada atenuação. Quando o amortecimento é insignificante, a frequência de ressonância é aproximadamente igual à frequência natural do sistema, que é a frequência de oscilação não forçada.

Esses fenômenos ocorrem com todos os tipos de oscilações ou ondas: mecânicas, acústicas, eletromagnéticas, magnéticas nucleares (NMR), spin de elétrons (ESR) e ressonância de função de onda quântica. Tais sistemas podem ser usados para gerar vibrações de uma determinada frequência (por exemplo, instrumentos musicais).

O termo "ressonância" (do latim resonantia, "eco") vem do campo da acústica, especialmente visto em instrumentos musicais, como quando as cordas começam a vibrar e produzir som sem intervenção direta do músico.

Empurrando um homem em um balançoé um exemplo comum desse fenômeno. Um balanço carregado, um pêndulo, tem uma frequência de vibração natural e uma frequência de ressonância que resiste a ser empurrado mais rápido ou mais devagar.

Um exemplo é a oscilação de projéteis em um playground, que funciona como um pêndulo. O empurrão de uma pessoa enquanto balança em um intervalo natural de balanço faz com que o balanço fique cada vez mais alto (amplitude máxima), enquanto a tentativa de balançar em um ritmo mais rápido ou mais lento cria arcos menores. Isto ocorre porque a energia absorvida pelas vibrações aumenta quando os choques correspondem a vibrações naturais.

A resposta ocorre amplamente na natureza e é usado em muitos dispositivos artificiais. Este é o mecanismo pelo qual praticamente todas as ondas senoidais e vibrações são geradas. Muitos dos sons que ouvimos, como quando objetos duros de metal, vidro ou madeira batem, são causados por vibrações curtas no objeto. A luz e outras radiações eletromagnéticas de ondas curtas são criadas por ressonância na escala atômica, como os elétrons nos átomos. Outros termos e condições que podem ser aplicados características benéficas este fenômeno:

Mecanismos de cronometragem de relógios modernos, volante dentro relógio mecânico e um cristal de quartzo em um relógio.
Resposta das marés da Baía de Fundy.
Ressonâncias acústicas de instrumentos musicais e do trato vocal humano.
Destruição de um copo de cristal sob a influência de um tom musical correto.
Idiofones de fricção, como fazer um objeto de vidro (vidro, garrafa, vaso), vibram quando esfregados em sua borda com a ponta do dedo.
A resposta elétrica de circuitos sintonizados em rádios e televisões que permitem a recepção seletiva de radiofrequências.
Criação de luz coerente por ressonância óptica em uma cavidade de laser.
Resposta orbital, exemplificada por algumas luas gigantes gasosas sistema solar.

Ressonâncias materiais na escala atômica são a base de vários métodos espectroscópicos usados na física da matéria condensada, por exemplo:

Rotação eletrônica.
Efeito Mossbauer.
Magnético nuclear.

Tipos de fenômeno

Ao descrever a ressonância, G. Galileu chamou a atenção para o mais essencial - a capacidade de um sistema oscilatório mecânico (pêndulo pesado) de acumular energia, que é fornecida por fonte externa com uma certa frequência. As manifestações de ressonância têm certas características em vários sistemas e, portanto, existem diferentes tipos disso.

Mecânica e acústica

É a tendência de um sistema mecânico absorver mais energia quando sua frequência de vibração corresponde à frequência natural de vibração do sistema. Isto pode levar a graves flutuações de movimento e até mesmo a falhas catastróficas em estruturas inacabadas, incluindo pontes, edifícios, comboios e aviões. Ao projetar instalações, os engenheiros devem garantir que as frequências ressonantes mecânicas componentes não correspondam às frequências oscilantes dos motores ou outras peças oscilantes para evitar fenômenos conhecidos como desastre ressonante.

Ressonância elétrica

Ocorre em um circuito elétrico em uma determinada frequência de ressonância quando a impedância do circuito é mínima em um circuito em série ou máxima em um circuito paralelo. A ressonância em circuitos é usada para transmissão e recepção comunicação sem fio, como comunicações de televisão, celular ou rádio.

Ressonância óptica

Uma cavidade óptica, também chamada de cavidade óptica, é um arranjo especial de espelhos que forma ressonador de onda estacionária para ondas de luz. As cavidades ópticas são o principal componente dos lasers, circundando o meio de amplificação e fornecendo feedback à radiação laser. Eles também são usados em osciladores paramétricos ópticos e alguns interferômetros.

A luz confinada dentro da cavidade produz ondas estacionárias repetidamente para frequências ressonantes específicas. Os padrões de ondas estacionárias resultantes são chamados de "modos". Os modos longitudinais diferem apenas na frequência, enquanto os modos transversais diferem para diferentes frequências e possuem diferentes padrões de intensidade ao longo da seção transversal do feixe. Ressonadores de anel e galerias sussurrantes são exemplos de ressonadores ópticos que não produzem ondas estacionárias.

Oscilação orbital

Na mecânica espacial, surge uma resposta orbital, quando dois corpos orbitais exercem uma influência gravitacional regular e periódica um sobre o outro. Isso geralmente ocorre porque seus períodos orbitais estão relacionados pela razão de dois números inteiros pequenos. As ressonâncias orbitais aumentam significativamente a influência gravitacional mútua dos corpos. Na maioria dos casos, isto resulta numa interação instável em que os corpos trocam momento e deslocamento até que a ressonância deixe de existir.

Sob algumas circunstâncias, um sistema ressonante pode ser estável e autocorretivo para manter os corpos em ressonância. Exemplos são a ressonância 1:2:4 das luas de Júpiter, Ganimedes, Europa e Io, e a ressonância 2:3 entre Plutão e Netuno. Ressonâncias instáveis com as luas internas de Saturno criam lacunas nos anéis de Saturno. Um caso especial de ressonância 1:1 (entre corpos com raios orbitais semelhantes) faz com que grandes corpos do Sistema Solar eliminem as vizinhanças em torno das suas órbitas, expulsando quase tudo o que os rodeia.

Atômico, parcial e molecular

Ressonância magnética nuclear (RMN)é o nome dado a um fenômeno de ressonância física associado à observação de propriedades magnéticas mecânicas quânticas específicas de um núcleo atômico se um campo magnético externo estiver presente. Muitos métodos científicos usar fenômenos de RMN para estudar física molecular, cristais e materiais não cristalinos. A RMN também é comumente usada em técnicas modernas de imagens médicas, como a ressonância magnética (MRI).

Os benefícios e malefícios da ressonância

Para tirar alguma conclusão sobre os prós e os contras da ressonância, é necessário considerar em quais casos ela pode se manifestar de forma mais ativa e perceptível para a atividade humana.

Efeito positivo

O fenômeno de resposta é amplamente utilizado em ciência e tecnologia. Por exemplo, a operação de muitos circuitos e dispositivos de rádio é baseada neste fenômeno.

Impacto negativo

No entanto, o fenômeno nem sempre é útil. Muitas vezes você pode encontrar referências a casos em que pontes suspensas quebraram quando os soldados as atravessaram “em sintonia”. Ao mesmo tempo, referem-se à manifestação do efeito ressonante da ressonância, e o combate a ele torna-se em grande escala.

Ressonância de luta

Mas apesar das consequências por vezes desastrosas do efeito de resposta, é perfeitamente possível e necessário combatê-lo. Para evitar a ocorrência indesejada deste fenômeno, geralmente é utilizado duas maneiras de aplicar ressonância e combatê-la simultaneamente:

É realizada a “dissociação” de frequências que, se coincidirem, terá consequências indesejáveis. Para fazer isso, aumente o atrito vários mecanismos ou alterar a frequência natural das oscilações do sistema.
Eles aumentam o amortecimento das vibrações, por exemplo, colocando o motor sobre um revestimento de borracha ou molas.