Pojav resonance in njen nastanek. Primeri resonance v mehaniki, akustiki, električnih tokokrogih in atomih molekul

Resonanca je pojav močnega povečanja amplitude prisilnih nihanj, ki se pojavi, ko se frekvenca zunanjega vpliva približa določenim vrednostim (resonančnim frekvencam), ki jih določajo lastnosti sistema. Povečanje amplitude je samo posledica resonance in razlog je sovpadanje zunanje (vzburljive) frekvence z notranjo (lastno) frekvenco nihajnega sistema. S pojavom resonance lahko izoliramo in/ali ojačamo celo zelo šibka periodična nihanja. Resonanca je pojav, da se pri določeni frekvenci pogonske sile nihajni sistem posebej odziva na delovanje te sile.

Vsak mehanski elastični sistem ima svojo frekvenco nihanja. Če katerakoli sila vrže ta sistem iz ravnovesja in nato preneha delovati, bo sistem nekaj časa nihal okoli ravnotežnega položaja. Frekvenco teh nihanj imenujemo lastna frekvenca nihanj sistema. Hitrost njegovega slabljenja je odvisna od elastičnih lastnosti in mase, od sil trenja in ni odvisna od sile, ki je povzročila nihanje.

Če se sila, ki spravi mehanski sistem iz ravnotežja, spremeni s frekvenco, ki je enaka frekvenci lastne frekvence nihanj, potem se bo deformacija ene periode prekrivala z deformacijo naslednje periode in sistem bo nihal z vedno - povečanje amplitude, teoretično ad infinitum. Seveda konstrukcija ne bo mogla vzdržati tako vedno večje deformacije in se bo zrušila.

Imenuje se sovpadanje frekvence lastnih nihanj s frekvenco spremembe elektrodinamične sile mehanska resonanca.

Polno resonanco opazimo, ko frekvenca nihanj sile natančno sovpada s frekvenco naravnih nihanj konstrukcije in enake pozitivne in negativne amplitude, delno resonanco - kadar frekvence ne sovpadajo popolnoma in so neenake amplitude.

Da bi se izognili resonanci krzna potrebno je, da se frekvenca lastnih nihanj konstrukcije razlikuje od frekvence spremembe elektrodinamične sile. Bolje je, če je frekvenca naravnih vibracij pod frekvenco spremembe moči. Možno je izbrati želeno frekvenco lastnih nihanj različne poti. Za pnevmatike na primer s spreminjanjem dolžine prostega razpona

Kdaj, kadar je frekvenca spremenljive komponente električne sile blizu lastne frekvence mehanskih vibracij, je tudi pri relativno majhnih silah možno uničenje aparata zaradi resonančnih pojavov.

Pnevmatike pod vplivom EDF izvajajo prisilne vibracije v obliki stoječih valov. Če je frekvenca prostih nihanj nad 200 Hz, se sile izračunajo za statični način brez upoštevanja resonance.

Če frekvenco prostih tresljajev pnevmatike med projektiranjem poskušajo izključiti možnost resonance z izbiro dolžine prostega razpona pnevmatike.

S prilagodljivo montažo pnevmatike se zmanjša naravna frekvenca mehanskih tresljajev. Energija EDF se delno porabi za deformacijo tokovodnih delov, delno pa za premikanje le-teh in pripadajočih upogljivih pritrdilnih elementov. Hkrati krzno. Napetosti v materialu pnevmatike so zmanjšane

Pogosto slišimo besedo resonanca: “ odziv javnosti«, »dogodek, ki je povzročil resonanco«, »resonančna frekvenca«. Precej znane in običajne fraze. Toda ali lahko natančno poveste, kaj je resonanca?

Če vam je odgovor skočil iz ust, smo res ponosni na vas! No, če tema "resonanca v fiziki" sproža vprašanja, potem vam svetujemo, da preberete naš članek, kjer bomo podrobno, jasno in na kratko govorili o takem pojavu, kot je resonanca.

Preden govorimo o resonanci, morate razumeti, kaj so nihanja in njihova frekvenca.

Nihanja in frekvenca

Nihanja so proces spreminjanja stanj sistema, ki se ponavlja skozi čas in se pojavlja okoli ravnovesne točke.

Najenostavnejši primer nihanja je vožnja na gugalnici. Predstavljamo ga z razlogom; primer nam bo koristil pri razumevanju bistva pojava resonance v prihodnosti.

Resonanca se lahko pojavi samo tam, kjer so vibracije. In ni pomembno, kakšne vrste vibracij so - nihanja električne napetosti, zvočne vibracije ali preprosto mehanske vibracije.

Na spodnji sliki opisujemo, kakšna so lahko nihanja.

Mimogrede! Za naše bralce je zdaj 10% popust na

Za nihanja sta značilni amplituda in frekvenca. Za zgoraj omenjena nihanja je amplituda nihanj maksimalna višina, na kateri vzleti gugalnica. Gugalnico lahko zavihtimo tudi počasi ali hitro. Odvisno od tega se bo spreminjala frekvenca nihanja.

Frekvenca nihanja (merjena v Hertzih) je število nihajev na časovno enoto. 1 Hertz je en nihaj na sekundo.

Ko zamahnemo z gugalnico, občasno zazibamo sistem z določeno silo (v tem primeru je gugalnica nihajni sistem), ta izvaja prisilna nihanja. Povečanje amplitude nihanj lahko dosežemo, če na ta sistem vplivamo na določen način.

Če potisnete gugalnico v določenem trenutku in z določeno periodičnostjo, jo lahko zanihate precej močno, z zelo malo truda. To bo resonanca: frekvenca naših vplivov sovpada s frekvenco nihanja in amplitudo nihanja. nihanja se povečajo.

Bistvo pojava resonance

Resonanca v fiziki je frekvenčno selektiven odziv nihajnega sistema na periodično zunanji vpliv, ki se kaže v močnem povečanju amplitude stacionarnih nihanj, ko frekvenca zunanjega vpliva sovpada z določenimi vrednostmi, značilnimi za dani sistem.

Bistvo pojava resonance v fiziki je, da se amplituda nihanj močno poveča, ko frekvenca vpliva na sistem sovpada z naravno frekvenco sistema.

Znani so primeri, ko je most, po katerem so korakali vojaki, odmeval s pohodnim korakom, se zanihal in zrušil. Mimogrede, zato naj bi zdaj vojaki pri prečkanju mostu hodili v prostem koraku in ne v koraku.

Primeri resonance

Pojav resonance opazimo v različnih fizikalnih procesih. Na primer zvočna resonanca. Vzemimo kitaro. Sam zvok kitarskih strun bo tih in skoraj neslišen. Vendar pa obstaja razlog, da so strune nameščene nad telesom - resonator. Ko vstopi v telo, se zvok zaradi tresljajev strune okrepi in tisti, ki drži kitaro, lahko začuti, kako se začne rahlo »tresti« in vibrirati od udarcev po strunah. Z drugimi besedami, resonirati.

Drug primer opazovanja resonance, ki ga srečamo, so krogi na vodi. Če vržete dva kamna v vodo, se bodo njuni valovi srečali in povečali.

Tudi delovanje mikrovalovne pečice temelji na resonanci. V tem primeru pride do resonance v molekulah vode, ki absorbirajo mikrovalovno sevanje (2,450 GHz). Zaradi tega molekule resonirajo, močneje vibrirajo in temperatura hrane se dvigne.

Resonanca je lahko koristna in škodljiva. In branje članka, kot tudi pomoč našega študentskega servisa v težkih izobraževalnih situacijah, vam bo prineslo le koristi. Če morate med opravljanjem tečaja razumeti fiziko magnetne resonance, se lahko mirno obrnete na naše podjetje za hitro in kvalificirano pomoč.

Za konec predlagamo ogled videa na temo “resonanca” in se prepričajte, da je znanost lahko razburljiva in zanimiva. Naša storitev vam bo pomagala pri katerem koli delu: od tečaja o fiziki nihanj ali eseja o literaturi.

“Mehanske vibracije in valovi” - Vsebina. Prosta prisilna lastna nihanja. Mehanske vibracije. Zakoni refleksije. Valovi. Širjenje nihanj od točke do točke (od delca do delca) v prostoru skozi čas. Ciklična frekvenca in perioda nihanja sta enaki: Materialna točka, pritrjena na absolutno elastično vzmet.

"Frekvenca vibracij" - kaj se imenuje čisti ton? Hitrost zvoka. Najpogosteje je ta snov zrak. Ultrazvok se uporablja za odkrivanje različnih napak v litih delih. Vsak od nas pozna tak zvočni pojav, kot je odmev. Hitrost zvoka je odvisna od lastnosti medija, v katerem zvok potuje. Infrazvok.

"Proste vibracije" - iz Ohmovega zakona za odsek vezja izmenični tok: Magnetni pretok Ф skozi ravnino okvirja: Enačba za spremembo naboja q na ploščah kondenzatorja skozi čas: Dušena elektromagnetna nihanja. Ciklična frekvenca prostih elektromagnetnih nihanj v vezju: Prosta elektromagnetna nihanja.

“Mehanske vibracije” - Mehanske vibracije in valovi. Valovna dolžina (?) je razdalja med bližnjimi delci, ki nihajo v isti fazi. Vzdolžni. Prisilno. Graf harmoničnega nihanja. Valovi so širjenje nihanja v prostoru skozi čas. Frekvenca nihanja je število popolnih nihanj, opravljenih na enoto časa.

"Fizika nihanj in valov" - sl. 53. Posplošitev teme Literatura za delo: 1. Fizika-9 - učbenik 2. Fizika -8 Gromova 3. Fizika, človek, okolju. (priloga k učbeniku). Ko ste preučili temo Nihanja in valovi, bi morali ... Nihanja in valovi. Pozna: enačbo harmoničnega nihanja in določanje značilnosti nihanja: amplituda, perioda, frekvenca nihanja; definicije mehanskih, prečnih in vzdolžni valovi; značilnosti valov: dolžina, hitrost; primeri uporabe zvočnih valov v tehniki.

“Harmonična nihanja” - A1 – amplituda 1. nihanja. Pretepanje. Geometrijska in valovna optika. Kuznetsov Sergej Ivanovič izredni profesor Oddelka za telesno vzgojo enotne medicinske fizike TPU. (2.2.4). Slika 5. Amplituda A nastalega nihanja je odvisna od razlike v začetnih fazah. Nihanja so v protifazi. (2.2.5). Grafični; geometrijsko, z uporabo vektorja amplitude (metoda vektorskega diagrama).

V temi je skupno 14 predstavitev

Besedo "resonanca" ljudje pogosto uporabljajo vsak dan različne pomene. Izgovarjajo ga politiki in televizijski voditelji, pišejo znanstveniki v svojih delih, učijo ga šolarji pri pouku. Ta beseda ima več pomenov, ki se nanašajo na različna področja človekove dejavnosti.

Od kod izvira beseda resonanca?

Vsi se prvič naučimo, kaj je resonanca, pri šolskem tečaju fizike. V znanstvenih slovarjih je ta izraz podrobneje razložen z vidika mehanike, elektromagnetnega sevanja, optike, akustike in astrofizike.

S tehničnega vidika je resonanca pojav odziva nihajnega sistema in ne zunanji vpliv. Ko obdobja vpliva in odziva sistema sovpadajo, se pojavi resonanca - močno povečanje amplitude zadevnih nihanj.

Najenostavnejši primer mehanske resonance daje v svojih delih srednjeveški znanstvenik Toricelli. Natančno definicijo pojava resonance je podal Galileo Galilei v svojem delu o nihalih in zvoku glasbenih strun. Kaj je elektromagnetna resonanca, je leta 1808 razložil James Maxwell, ustanovitelj sodobne elektrodinamike.

Kaj je "resonanca", lahko izveste ne samo v Wikipediji, temveč v naslednjih referenčnih publikacijah:

• učbeniki fizike za 7.-11. razred;
• fizična enciklopedija;
• znanstveni in tehnični enciklopedični slovar;
• slovar tujih besed ruskega jezika;
• filozofska enciklopedija.

Odmevnost v polemiki in retoriki

Beseda resonanca je na področju družboslovja dobila še en pomen. Ta beseda se nanaša na odziv javnosti na določen pojav v življenju ljudi, določeno izjavo ali dogodek. Običajno se beseda "resonanca" uporablja, ko nekaj povzroči podobno in zelo močno reakcijo več ljudi hkrati. Obstaja celo pogosto uporabljen izraz "široka javna resonanca", ki je govorni kliše. Najbolje se je izogibati v lastnem govoru, pisnem ali ustnem.

IN filozofski slovar resonanca razlaga kot pojem, ki ima figurativni pomen in razumljeno kot soglasje ali podobno mišljenje dveh ljudi, dveh duš v sočutju, simpatiji ali antipatiji, simpatiji ali ogorčenosti.

V pomenu »močan odziv«, »enoglasna ocena« je beseda resonanca zelo priljubljena pri politikih, govornikih in napovedovalcih. Pomaga prenesti čustveni vzpon, soglasni impulz in poudariti pomen tega, kar se dogaja.

Kje srečamo resonanco?

V dobesednem pomenu je treba besedo resonanca uporabljati v zvezi s številnimi naravnimi procesi, ki se dogajajo okoli nas. Vsi otroci, ki se vozijo na navadnem gugalniku ali vrtiljaku na igrišču, izkoriščajo mehansko resonanco.

Gospodinje, ki segrevajo hrano v mikrovalovni pečici, uporabljajo elektromagnetno resonanco. Televizijska in radijska mreža je zgrajena na principih resonance, dela Mobilni telefoni in wifi za internet.

Zvočna resonanca nam omogoča, da uživamo v glasbi ali se prepustimo odmevom v gorah in v zaprtih prostorih kjer stene nimajo zadostne zvočne izolacije. Delovanje zvočnikov in številnih drugih merilnih instrumentov temelji na principu akustične resonance.

Zakaj je resonanca nevarna?

V naravoslovnem smislu je resonanca kot pojav za človeka lahko ne le koristna, ampak tudi nevarna. večina svetel zgled- Gradnja.

Pri načrtovanju zgradb in objektov so konstrukcijski izračuni za resonanco nujno potrebni. Tako so izračunane vse stolpnice, stolpi, nosilci daljnovodov, oddajne in sprejemne antene, pa tudi stolpnice, ki resonirajo z vetrovi na velikih nadmorskih višinah.

Vse mostove in podaljšane objekte je treba preveriti glede resonance. Leta 2010 se je po spletu razširil posnetek mostu čez Volgo, ki se je razširil kot svilen trak. Rezultati preiskave so pokazali, da so mostne konstrukcije resonirale z vetrom.

Podoben incident se je zgodil v ZDA. 7. novembra 1940 se je zrušil eden od razponov visečega mostu Tacoma, ki se nahaja v zvezni državi Washington. Že med gradnjo so strokovnjaki opazili tresljaje mostne plošče, povezane z vetrom in nizko višino nosilcev. Zaradi porušitve so bile izvedene številne študije in izračuni, ki so postali osnova za sodobne tehnologije gradnje mostov. Med strokovnjaki se je pojavil celo izraz "most Tacoma", kar pomeni slabo kakovost gradbenih izračunov.

Vsak od nas se vsak dan srečuje z resonanco. Ta pojav si je treba zapomniti v Vsakdanje življenje, poskus nihanja na mostu za pešce ali dajanje kovinskih pripomočkov v mikrovalovno pečico (to je s pravili prepovedano). In samo besedo "resonanca" lahko uporabite v svojem govoru, da ga okrasite in povečate vtis o tem, kar ste rekli.

Opredelitev koncepta resonance (odziva) v fiziki je zaupana posebnim tehnikom, ki imajo statistične grafe, ki se pogosto srečujejo s tem pojavom. Danes je resonanca frekvenčno selektiven odziv, kjer sistem vibracij ali nenadno povečanje zunanje sile povzroči, da drug sistem niha z večjo amplitudo pri določenih frekvencah.

Princip delovanja

Ta pojav opazimo, ko je sistem sposoben shranjevati in enostavno prenašati energijo med dvema ali več različnimi načini shranjevanja, kot sta kinetična in potencialna energija. Vendar pa je iz cikla v cikel nekaj izgube, imenovane atenuacija. Kadar je dušenje zanemarljivo, je resonančna frekvenca približno enaka lastni frekvenci sistema, ki je frekvenca neprisiljenega nihanja.

Ti pojavi se pojavljajo pri vseh vrstah nihanj ali valov: mehanskih, akustičnih, elektromagnetnih, jedrskih magnetnih (NMR), vrtenja elektronov (ESR) in resonance kvantne valovne funkcije. Takšni sistemi se lahko uporabljajo za ustvarjanje vibracij določene frekvence (npr. glasbila).

Izraz "resonanca" (iz latinščine resonantia, "odmev") prihaja s področja akustike, zlasti pri glasbilih, na primer, ko strune začnejo vibrirati in proizvajajo zvok brez neposrednega vnosa igralca.

Porivanje človeka na gugalnici je pogost primer tega pojava. Obremenjena gugalnica, nihalo, ima naravno frekvenco nihanja in resonančno frekvenco, ki se upira hitrejšemu ali počasnejšemu potiskanju.

Primer je nihanje izstrelkov na igrišču, ki deluje kot nihalo. Potisk osebe med nihanjem v naravnem intervalu nihanja povzroči, da gre nihanje vedno višje (največja amplituda), medtem ko poskus nihanja s hitrejšim ali počasnejšim tempom ustvarja manjše loke. To je zato, ker se energija, ki jo absorbirajo vibracije, poveča, ko udarci ustrezajo naravnim vibracijam.

Odziv se v naravi pojavlja široko in se uporablja v mnogih umetne naprave. To je mehanizem, s katerim nastanejo skoraj vsi sinusni valovi in ​​vibracije. Številni zvoki, ki jih slišimo, na primer ob udarcu trdih predmetov iz kovine, stekla ali lesa, so posledica kratkih tresljajev v predmetu. Svetloba in drugo kratkovalovno elektromagnetno sevanje nastane z resonanco na atomski lestvici, kot so elektroni v atomih. Drugi pogoji, ki lahko veljajo koristne lastnosti ta pojav:

• Časovni mehanizmi sodobnih ur, ravnotežno kolo v mehanska ura in kvarčni kristal v uri.
• Odziv Bay of Fundy na plimovanje.
• Akustične resonance glasbil in človeškega glasilnega trakta.
• Uničenje kristalnega kozarca pod vplivom glasbenega desnega tona.
• Idiofoni zaradi trenja, kot je izdelava steklenega predmeta (kozarec, steklenica, vaza), vibrirajo, če ga s konico prsta podrgnemo po njegovem robu.
• Električni odziv uglašenih vezij v radiu in televiziji, ki omogočajo selektivni sprejem radijskih frekvenc.
• Ustvarjanje koherentne svetlobe z optično resonanco v laserski votlini.
• Orbitalni odziv, kot ga ponazarjajo nekatere plinaste lune velikanke solarni sistem.

Materialne resonance na atomski lestvici so osnova več spektroskopskih metod, ki se uporabljajo v fiziki kondenzirane snovi, na primer:

• Elektronsko vrtenje.
• Mossbauerjev učinek.
• Jedrska magnetna.

Vrste pojavov

Pri opisu resonance je G. Galileo opozoril na najbolj bistveno - sposobnost mehanskega nihajnega sistema (težkega nihala), da akumulira energijo, ki jo dovaja iz zunanji vir z določeno frekvenco. Manifestacije resonance imajo določene značilnosti različne sisteme in zato obstajajo različne vrste.

Mehansko in akustično

Težnja mehanskega sistema je, da absorbira več energije, ko se njegova frekvenca vibracij ujema z naravno frekvenco vibracij sistema. To lahko povzroči huda nihanja gibanja in celo katastrofalne okvare nedokončanih struktur, vključno z mostovi, zgradbami, vlaki in letali. Pri načrtovanju objektov morajo inženirji zagotoviti mehanske resonančne frekvence komponente ne ujemajte z nihajočimi frekvencami motorjev ali drugih nihajočih delov, da se izognete pojavu, znanemu kot resonančna katastrofa.

Električna resonanca

Pojavi se v električnem vezju pri določeni resonančni frekvenci, ko je impedanca vezja najmanjša v zaporednem vezju ali največja v vzporednem vezju. Resonanca v tokokrogih se uporablja za prenos in sprejem brezžično komunikacijo, kot so televizijske, mobilne ali radijske komunikacije.

Optična resonanca

Optična votlina, imenovana tudi optična votlina, je posebna razporeditev zrcal, ki tvori resonator stoječih valov za svetlobne valove. Optične votline so glavna komponenta laserjev, ki obdajajo ojačevalni medij in zagotavljajo povratno informacijo laserskemu sevanju. Uporabljajo se tudi v optičnih parametričnih oscilatorjih in nekaterih interferometrih.

Svetloba, omejena v votlino, povzroča ponavljajoče se stoječe valove za določene resonančne frekvence. Nastali vzorci stoječih valov se imenujejo "načini". Vzdolžni načini se razlikujejo samo po frekvenci, medtem ko se prečni načini razlikujejo za različne frekvence in imajo različne vzorce intenzivnosti po preseku žarka. Obročasti resonatorji in šepetajoče galerije so primeri optičnih resonatorjev, ki ne proizvajajo stoječih valov.

Orbitalno nihanje

V vesoljski mehaniki se pojavi orbitalni odziv, ko imata dve orbitalni telesi reden, periodični gravitacijski vpliv drug na drugega. To je običajno zato, ker so njihove orbitalne dobe povezane z razmerjem dveh majhnih celih števil. Orbitalne resonance bistveno povečajo medsebojni gravitacijski vpliv teles. V večini primerov to povzroči nestabilno interakcijo, v kateri telesi izmenjujeta zagon in premik, dokler resonanca ne obstaja več.

V nekaterih okoliščinah je lahko resonančni sistem stabilen in se samopopravlja, da ohranja telesa v resonanci. Primeri so resonanca 1:2:4 Jupitrovih lun Ganimeda, Evrope in Io ter resonanca 2:3 med Plutonom in Neptunom. Nestabilne resonance s Saturnovimi notranjimi lunami ustvarjajo vrzeli v Saturnovih prstanih. Poseben primer resonance 1:1 (med telesi s podobnimi orbitalnimi radiji) povzroči, da velika telesa Osončja izpraznijo soseske okoli svojih orbit in izrinejo skoraj vse drugo okoli sebe.

Atomski, delni in molekularni

Jedrska magnetna resonanca (NMR) je ime za fizikalni resonančni pojav, povezan z opazovanjem specifičnih kvantnomehanskih magnetnih lastnosti atomskega jedra, če je prisotno zunanje magnetno polje. Mnogi znanstvene metode uporabite NMR pojave za študij molekularna fizika, kristali in nekristalni materiali. NMR se pogosto uporablja tudi v sodobnih tehnikah medicinskega slikanja, kot je slikanje z magnetno resonanco (MRI).

Koristi in škode resonance

Da bi naredili nekaj zaključkov o prednostih in slabostih resonance, je treba razmisliti, v katerih primerih se lahko manifestira najbolj aktivno in opazno za človeško dejavnost.

Pozitiven učinek

Fenomen odziva se pogosto uporablja v znanosti in tehnologiji. Na tem pojavu na primer temelji delovanje številnih radijskih vezij in naprav.

Negativni vpliv

Vendar pojav ni vedno uporaben. Pogosto lahko najdete sklicevanja na primere, ko so se viseči mostovi zlomili, ko so vojaki po njih hodili »v korak«. Hkrati se nanašajo na manifestacijo resonančnega učinka resonance, boj proti njej pa postane obsežen.

Boj proti resonanci

Toda kljub včasih katastrofalnim posledicam odzivnega učinka se je z njim povsem mogoče in potrebno boriti. Da bi se izognili neželenemu pojavu tega pojava, se običajno uporablja dva načina za hkratno uporabo resonance in boj proti njej:

1. Izvaja se "disociacija" frekvenc, ki bo, če sovpadajo, povzročila neželene posledice. Da bi to dosegli, se poveča trenje različne mehanizme ali spremenite naravno frekvenco sistema.
2. Dušenje tresljajev povečajo na primer s postavitvijo motorja na gumijasto oblogo ali vzmeti.