عندما يكون هناك صدى. اهتزازات الرنين والرنين

يجب فهم ظاهرة الرنين على أنها زيادة فورية في حجم سعة التذبذب لجسم ما تحت تأثير مصدر خارجي للطاقة ذي طبيعة دورية للتأثير بقيمة تردد مماثلة.

في المقالة ، سوف ننظر في طبيعة حدوث الرنين باستخدام مثال بندول ميكانيكي (رياضي) ، ودائرة تذبذبية كهربائية ، ورنان مغناطيسي نووي. من أجل تسهيل تقديم العمليات الفيزيائية ، تكون المقالة مصحوبة بإدخالات عديدة في شكل أمثلة عملية. الغرض من المقالة هو شرح ظاهرة الرنين على المستوى البدائي في مناطق مختلفة من حدوثها دون الصيغ الرياضية.

أبسط نموذج يمكنه إظهار التذبذبات بصريًا هو أبسط بندول ، أو بالأحرى بندول رياضي. التقلبات تنقسم إلى حرة وإجبارية. في البداية ، توفر الطاقة التي تعمل على البندول اهتزازات حرة في الجسم دون وجود مصدر خارجي للطاقة المتغيرة للتأثير. يمكن أن تكون هذه الطاقة حركية أو كامنة.

هنا لا يهم مقدار تأرجح البندول نفسه - الوقت الذي يقضيه في اجتياز مساره في الاتجاهين الأمامي والخلفي يظل دون تغيير. من أجل تجنب سوء الفهم مع التخميد للتذبذبات بسبب احتكاك الهواء ، يجدر التأكيد على أنه بالنسبة للتذبذبات الحرة ، يجب استيفاء شروط عودة البندول إلى نقطة التوازن وغياب الاحتكاك.

لكن التردد ، بدوره ، يعتمد بشكل مباشر على طول خيط البندول. كلما كان الخيط أقصر ، زاد التردد والعكس صحيح.

يسمى التردد الطبيعي الناتج للجسم تحت تأثير القوة المطبقة في البداية تردد الرنين.

جميع الأجسام التي تتميز بالاهتزازات تؤديها بتردد معين. للحفاظ على التذبذبات غير المثبطة في الجسم ، من الضروري توفير "إعادة شحن" طاقة دورية ثابتة. يتم تحقيق ذلك من خلال تعريض قوة ثابتة ذات فترة معينة إلى دورة اهتزازات الجسم المتزامنة. وبالتالي ، فإن التذبذبات الناتجة في الجسم تحت تأثير قوة دورية من الخارج تسمى قسرية.

في لحظة ما من التأثيرات الخارجية ، تحدث قفزة حادة في السعة. يحدث هذا التأثير إذا تزامنت فترات التذبذبات الداخلية للجسم مع فترات القوة الخارجية وتسمى بالرنين. لحدوث الرنين ، تكون القيم الصغيرة جدًا لمصادر التأثير الخارجية كافية ، ولكن بشرط التكرار الإلزامي للإيقاع. بطبيعة الحال ، في الحسابات الفعلية في ظل الظروف الأرضية ، لا ينبغي لأحد أن ينسى تأثير قوى الاحتكاك ومقاومة الهواء على سطح الجسم.

أمثلة بسيطة على صدى من الحياة

لنبدأ بمثال على حدوث الرنين الذي واجهه كل منا - هذا هو التأرجح العادي في الملعب.

صدى التأرجح

في حالة تأرجحات الأطفال ، في الوقت الذي يتم فيه تطبيق القوة بواسطة اليد عند المرور بأحد أعلى نقطتين متماثلتين ، تحدث قفزة في السعة مع زيادة مقابلة في طاقة التذبذب. في الحياة اليومية ، يمكن ملاحظة ظاهرة الرنين في الحمام من قبل عشاق الصوت.

رنين صوتي عند الغناء في الحمام

يجب أن يكون كل من يغني في الحمام المبلط قد لاحظ كيف يتغير الصوت. تصبح الموجات الصوتية المرتدة من البلاط في المساحة المغلقة للحمام أعلى وتدوم لفترة أطول. لكن لا تتأثر جميع نغمات أغنية المطرب بهذا التأثير ، ولكن فقط تلك التي يتردد صداها في نبضة واحدة مع تردد رنين الصوت في الهواء.

لكل حالة من الحالات المذكورة أعلاه لحدوث الرنين ، هناك طاقة استثارة خارجية: في حالة التأرجح ، دفعة أولية باليد ، بالتزامن مع مرحلة التأرجح ، وفي حالة التأثير الصوتي في الحمام ، صوت شخص تتزامن تردداته الفردية مع ترددات معينة للهواء.

رنين صوت الزجاج - تجربة في المنزل

يمكن القيام بهذه التجربة في المنزل. يتطلب زجاجًا كريستاليًا وغرفة مغلقة بدون ضوضاء خارجية لإدراك حساس للتأثير الصوتي. نقوم بتحريك الإصبع المبلل بالماء على طول حافة الزجاج بتسارع دوري "ممزق". في عملية مثل هذه الحركات ، يمكنك ملاحظة حدوث صوت رنين. ينشأ هذا التأثير بسبب نقل طاقة الحركة ، حيث يتزامن تردد التذبذب مع تردد التذبذب الطبيعي للزجاج.

تدمير الجسر بسبب الرنين - حالة جسر تاكوما

كل الذين خدموا في الجيش يتذكرون كيف أن القائد أصدر الأمر عند مروره في تشكيل على طول الجسر: "ارجعوا ساقكم!" لماذا كان من المستحيل السير في تشكيل على الجسر "خطوة"؟ اتضح أنه عند المرور في تشكيل على طول الجسر مع رفع الساق المستقيمة في نفس الوقت إلى مستوى الركبة ، يقوم الأفراد العسكريون بخفض الطائرة الوحيدة بضربة واحدة بجهد مصحوب بصفعة مميزة.

تندمج خطوة الأفراد العسكريين في دورة واحدة ، مما يخلق طاقة مطبقة خارجية مفاجئة للجسر مع قدر معين من التذبذب. إذا تزامن التردد الطبيعي لتذبذبات الجسر مع اهتزازات خطوة الجنود "خطوة بخطوة" ، فسيحدث صدى ، يمكن أن تؤدي طاقته إلى تأثيرات مدمرة لهيكل الجسر.

على الرغم من عدم تسجيل حالات التدمير الكامل للجسر عندما كان الجنود يسيرون "في خطوة" ، إلا أن حالة تدمير جسر تاكوما عبر مضيق تاكوما ناروز في ولاية واشنطن بالولايات المتحدة الأمريكية عام 1940 هي الأكثر شهرة.

أحد أسباب الأسباب المحتملة للتدمير هو الرنين الميكانيكي ، الذي نشأ بسبب تزامن وتيرة تدفق الرياح مع التردد الطبيعي الداخلي للجسر.

الرنين الحالي في الدوائر الكهربائية

إذا كان من الممكن تفسير ظاهرة الرنين في الميكانيكا بشكل بسيط نسبيًا ، فلا يمكن تفسير كل شيء في الكهرباء على الأصابع. مطلوب معرفة أساسية بفيزياء الكهرباء لفهمها. يمكن أن يحدث الرنين الناتج في الدائرة الكهربائية إذا كانت هناك دائرة متذبذبة. ما العناصر اللازمة لإنشاء دائرة تذبذبية في شبكة كهربائية؟ بادئ ذي بدء ، يجب توصيل الدائرة بمصدر للطاقة الكهربائية.

في الشبكة الكهربائية ، تتكون أبسط دائرة تذبذبية من مكثف ومحث.

المكثف ، الذي يتكون من لوحين معدنيين بالداخل مفصولين بواسطة عوازل كهربائية ، قادر على تخزين الطاقة الكهربائية. ملف الحث المصنوع على شكل لفات لولبية لموصل كهربائي له خاصية مماثلة.

يمكن أن يكون الاتصال المتبادل بين مكثف ومحث في شبكة كهربائية يشكلان دائرة متذبذبة إما متوازيًا أو متسلسلاً. في الفيديو التعليمي التالي ، يتم إعطاء مثال على طريقة التبديل المتسلسل لتوضيح الرنين.

تحدث التقلبات في التيار الكهربائي داخل الدائرة تحت تأثير الكهرباء. ومع ذلك ، ليست كل الإشارات الواردة ، أو بالأحرى تردداتها ، تعمل كمصدر للرنين ، ولكن فقط تلك التي يتزامن ترددها مع تردد الرنين للدائرة. أما البقية ، التي لا تشارك في العملية ، فيتم قمعها في تدفق الإشارة العام. من الممكن ضبط تردد الطنين عن طريق تغيير قيم سعة المكثف ومحاثة الملف.

بالعودة إلى فيزياء الرنين في الاهتزازات الميكانيكية ، تتجلى بشكل خاص عند القيم الدنيا لقوى الاحتكاك. تتم مقارنة مؤشر الاحتكاك في دائرة كهربائية ذات مقاومة ، تؤدي الزيادة فيها إلى تسخين الموصل بسبب تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة داخلية للموصل. لذلك ، كما في حالة الميكانيكا ، في الدائرة الكهربائية المتذبذبة ، يتم التعبير عن الرنين بوضوح عند المقاومة النشطة المنخفضة.

مثال على الرنين الكهربي في عملية ضبط مستقبلات الراديو والتليفزيون

على عكس الرنين في الميكانيكا ، والذي يمكن أن يؤثر سلبًا على مواد الهياكل حتى التدمير ، يتم استخدامه للأغراض الكهربائية مع القوة والرئيسي في غرض وظيفي مفيد. أحد الأمثلة على التطبيق هو ضبط برامج التلفزيون والراديو في أجهزة الاستقبال.

تصل موجات الراديو ذات التردد المناسب إلى هوائيات الاستقبال وتسبب اهتزازات كهربائية صغيرة. علاوة على ذلك ، تدخل الإشارة ، بما في ذلك مجموعة برامج البث بأكملها ، إلى مكبر الصوت. يتم ضبطها على تردد معين وفقًا لقيمة السعة القابلة للتعديل للمكثف ، ولا تتلقى الدائرة التذبذبية إلا الإشارة التي يتطابق ترددها مع ترددها.

يتم تثبيت دائرة تذبذبية في مستقبل الراديو. لضبط المحطة ، قم بتدوير مقبض المكثف المتغير ، وتغيير موضع لوحاته ، وبالتالي ، قم بتغيير تردد الرنين في الدائرة.

تذكر جهاز استقبال الراديو التماثلي "المحيط" في أوقات اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، مقبض ضبط القناة الذي لا يوجد فيه أكثر من منظم لتغيير سعة مكثف ، حيث يغير موضعه تردد الرنين للدائرة.

الرنين المغناطيسي النووي

تحتوي أنواع معينة من الذرات على نوى يمكن مقارنتها بالمغناطيسات المصغرة. تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي قوي ، تغير نوى الذرات اتجاهها وفقًا للموضع النسبي لمجالها المغناطيسي فيما يتعلق بالمجال الخارجي. تمتص الذرة نبضة كهرومغناطيسية خارجية قوية ، ونتيجة لذلك يحدث إعادة توجيهها. بمجرد أن يتوقف مصدر الدافع عن عمله ، تعود النوى إلى مواقعها الأصلية.

النوى ، اعتمادًا على الانتماء إلى ذرة معينة ، قادرة على استقبال الطاقة في نطاق تردد معين. يحدث التغيير في موضع النواة بخطوة واحدة مع التذبذبات الخارجية للمجال الكهرومغناطيسي ، وهذا هو سبب ظهور ما يسمى بالرنين المغناطيسي النووي (يُختصر بـ NMR). في العالم العلمي ، يستخدم هذا النوع من الرنين لدراسة الروابط الذرية داخل الجزيئات المعقدة. تُستخدم طريقة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في الطب ، حيث تتيح لك عرض نتائج فحص الأعضاء البشرية الداخلية على شاشة للتشخيص والعلاج.

يخلق المجال المغناطيسي لماسحة القراءة الضوئية ، التي تشكلت بمساعدة المحاثات ، إشعاعًا عالي التردد تحت تأثير الهيدروجين الذي يغير اتجاهه ، بشرط أن تتوافق تردداته الخاصة مع التردد الخارجي. نتيجة للبيانات المستلمة من المستشعرات ، يتم تكوين صورة بيانية على الشاشة.

إذا قارنا الرنين المغناطيسي النووي والتصوير بالرنين المغناطيسي فيما يتعلق بالإشعاع ، فإن المسح باستخدام مرنان مغناطيسي نووي يكون أقل ضررًا من التصوير بالرنين المغناطيسي. أيضًا ، في دراسة الأنسجة الرخوة ، أظهرت تقنية الرنين المغناطيسي النووي كفاءة كبيرة في عكس تفاصيل منطقة الأنسجة قيد الدراسة.

ما هو الطيف

الرابطة المتبادلة بين الذرات في الجزيء ليست صلبة بشكل صارم ، عندما تتغير الرابطة ، ينتقل الجزيء إلى حالة اهتزاز. يتغير تواتر اهتزازات الروابط المتبادلة للذرات وفقًا لتردد الرنين للجزيئات. بمساعدة إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية في طيف الأشعة تحت الحمراء ، يمكن أن تحدث الاهتزازات المذكورة أعلاه للروابط الذرية. تُستخدم هذه الطريقة ، التي تسمى الطيف بالأشعة تحت الحمراء ، في المختبرات العلمية لدراسة تكوين المادة قيد الدراسة.

يتم تعيين تعريف مفهوم الرنين (الاستجابة) في الفيزياء إلى فنيين متخصصين لديهم رسوم بيانية إحصائية غالبًا ما تواجه هذه الظاهرة. اليوم ، الرنين هو استجابة انتقائية للتردد ، حيث يجبر النظام الاهتزازي أو الزيادة الحادة في القوة الخارجية نظامًا آخر على التذبذب بسعة أكبر عند ترددات معينة.

مبدأ التشغيل

لوحظت هذه الظاهرةعندما يكون النظام قادرًا على تخزين الطاقة ونقلها بسهولة بين وضعي تخزين مختلفين أو أكثر مثل الطاقة الحركية والمحتملة. ومع ذلك ، هناك بعض الخسارة من دورة إلى أخرى ، تسمى التوهين. عندما يكون التخميد ضئيلًا ، يكون تردد الطنين مساويًا تقريبًا للتردد الطبيعي للنظام ، وهو تردد الاهتزازات غير القسرية.

تحدث هذه الظواهر مع جميع أنواع التذبذبات أو الموجات: الميكانيكية ، الصوتية ، الكهرومغناطيسية ، المغناطيسية النووية (NMR) ، الدوران الإلكتروني (EPR) ورنين وظائف الموجات الكمومية. يمكن استخدام هذه الأنظمة لتوليد اهتزازات بتردد معين (على سبيل المثال ، الآلات الموسيقية).

مصطلح "الرنين" (من اللاتينية الرنين ، "صدى") يأتي من مجال الصوتيات ، خاصة الملحوظة في الآلات الموسيقية ، على سبيل المثال ، عندما تبدأ الأوتار في الاهتزاز وتنتج الصوت دون أن تتأثر مباشرة من قبل العازف.

دفع الرجل على أرجوحةهو مثال شائع لهذه الظاهرة. يحتوي البندول ، وهو تأرجح محمل ، على تردد اهتزاز طبيعي وتردد طنين يقاوم الدفع بشكل أسرع أو أبطأ.

مثال على ذلك هو تأرجح المقذوفات في الملعب ، والتي تعمل مثل البندول. يؤدي الضغط على شخص أثناء التأرجح بفاصل تأرجح طبيعي إلى ارتفاع التأرجح لأعلى وأعلى (أقصى سعة) ، بينما تؤدي محاولات التأرجح بوتيرة أسرع أو أبطأ إلى إنشاء أقواس أصغر. وذلك لأن الطاقة التي تمتصها الاهتزازات تزداد عندما تتطابق الصدمات مع الاهتزازات الطبيعية.

تم العثور على الاستجابة على نطاق واسع في الطبيعةويستخدم في العديد من الأجهزة الاصطناعية. هذه هي الآلية التي يتم بواسطتها تقريبًا توليد جميع الموجات الجيبية والاهتزازات. العديد من الأصوات التي نسمعها ، كما هو الحال عند اصطدام أجسام صلبة مصنوعة من المعدن أو الزجاج أو الخشب ، ناتجة عن اهتزازات قصيرة في الجسم. ينتج الضوء وغيره من الإشعاع الكهرومغناطيسي ذي الطول الموجي القصير عن طريق الرنين الذري ، مثل الإلكترونات في الذرات. الشروط الأخرى التي يمكن فيها تطبيق الخصائص المفيدة لهذه الظاهرة:

• آليات ضبط الوقت للساعات الحديثة وعجلة التوازن في الساعات الميكانيكية وكريستال الكوارتز في الساعات.
• استجابة المد والجزر لخليج فندي.
• الرنين الصوتي للآلات الموسيقية والمسالك الصوتية البشرية.
• تدمير زجاج بلوري تحت تأثير النغمة الموسيقية الصحيحة.
• تهتز الأيديوفونات الاحتكاكية ، مثل صنع جسم زجاجي (زجاج ، زجاجة ، إناء) عند فرك حافتها بأطراف الأصابع.
• الاستجابة الكهربائية للدوائر المضبوطة في أجهزة الراديو والتلفزيون التي تسمح بالاستقبال الانتقائي للترددات الراديوية.
• خلق ضوء متماسك بالرنين البصري في تجويف الليزر.
• الاستجابة المدارية ، المتمثلة في بعض أقمار عمالقة الغاز في النظام الشمسي.

صدى المواد على نطاق ذريهي أساس العديد من الطرق الطيفية المستخدمة في فيزياء المادة المكثفة ، على سبيل المثال:

• الدوران الإلكتروني.
• تأثير موسباور.
• مغناطيسي نووي.

أنواع الظواهر

في وصف الرنين ، لفت جي جاليليو الانتباه إلى الشيء الأكثر أهمية - قدرة نظام تذبذب ميكانيكي (بندول ثقيل) على تجميع الطاقة التي يتم توفيرها من مصدر خارجي بتردد معين. مظاهر الرنين لها سمات معينة في أنظمة مختلفة وبالتالي تميز أنواعها المختلفة.

الميكانيكية والصوتية

إنه ميل النظام الميكانيكي لامتصاص المزيد من الطاقة عندما يتطابق تردد اهتزازه مع تردد الاهتزاز الطبيعي للنظام. يمكن أن يؤدي هذا إلى تقلبات شديدة في حركة المرور وحتى فشل كارثي في ​​الهياكل غير المكتملة بما في ذلك الجسور والمباني والقطارات والطائرات. عند تصميم الكائنات ، يجب على المهندسين التأكد من أن ترددات الرنين الميكانيكي للأجزاء المكونة لا تتطابق مع الترددات الاهتزازية للمحركات أو الأجزاء المتذبذبة الأخرى لتجنب ظاهرة تُعرف باسم الاستغاثة الرنانة.

الرنين الكهربائي

يحدث في دائرة كهربائية عند تردد طنين معين عندما تكون مقاومة الدائرة عند الحد الأدنى لها في دائرة متسلسلة أو في أقصى حد لها في دائرة موازية. يستخدم الرنين في الدوائر لنقل واستقبال الاتصالات اللاسلكية مثل الاتصالات التلفزيونية أو الخلوية أو الراديو.

الرنين البصري

التجويف البصري ، الذي يسمى أيضًا التجويف البصري ، هو ترتيب خاص من المرايا التي تتشكل مرنان الموجة الدائمة لموجات الضوء. التجاويف الضوئية هي المكون الرئيسي لليزر الذي يحيط بوسط الكسب ويوفر تغذية مرتدة بالليزر. كما أنها تستخدم في المذبذبات البارامترية الضوئية وبعض مقاييس التداخل.

ينتج الضوء المحصور في تجويف موجات واقفة بشكل متكرر لترددات طنين معينة. تسمى أنماط الموجة الواقفة الناتجة "أوضاع". تختلف الأنماط الطولية في التردد فقط ، بينما تختلف الأنماط العرضية للترددات المختلفة ولها أنماط شدة مختلفة عبر المقطع العرضي للحزمة. الرنانات الحلقية وصالات العرض الهمسية هي أمثلة على الرنانات الضوئية التي لا تنتج موجات واقفة.

التقلبات المدارية

تنشأ استجابة مدارية في ميكانيكا الفضاء، عندما يمارس جسمان في مداران تأثير جاذبية منتظم ودوري على بعضهما البعض. هذا عادة لأن فتراتهم المدارية مرتبطة بنسبة عددين صحيحين صغيرين. تعمل الرنين المداري على تعزيز تأثير الجاذبية المتبادلة للأجسام بشكل كبير. في معظم الحالات ، ينتج عن هذا تفاعل غير مستقر تتبادل فيه الأجسام الزخم والإزاحة حتى يختفي الرنين.

في بعض الظروف ، يمكن أن يكون نظام الرنين مستقرًا ومصححًا ذاتيًا بحيث تظل الأجسام في حالة صدى. ومن الأمثلة على ذلك صدى 1: 2: 4 لأقمار كوكب المشتري جانيميد ، ويوروبا ، وآيو ، والرنين 2: 3 بين بلوتو ونبتون. الأصداء غير المستقرة مع أقمار زحل الداخلية تخلق فجوات في حلقات زحل. تتسبب حالة خاصة من الرنين 1: 1 (بين الأجسام ذات نصف قطر المداري المتشابه) في قيام الأجسام الكبيرة في النظام الشمسي بإخلاء المنطقة المحيطة بمداراتها ، ودفع كل شيء آخر من حولها تقريبًا.

الذري والجزئي والجزيئي

الرنين المغناطيسي النووي (NMR)هو اسم يطلق على ظاهرة الرنين الفيزيائي المرتبطة بملاحظة الخصائص المغناطيسية الميكانيكية الكمية المحددة لنواة الذرة في حالة وجود مجال مغناطيسي خارجي. تستخدم العديد من الأساليب العلمية ظاهرة الرنين المغناطيسي النووي لدراسة الفيزياء الجزيئية والبلورات والمواد غير البلورية. يشيع استخدام الرنين المغناطيسي النووي أيضًا في تقنيات التصوير الطبي الحديثة مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).

فوائد ومضار الرنين

من أجل استخلاص استنتاج حول إيجابيات وسلبيات الرنين ، من الضروري النظر في الحالات التي يمكن أن تظهر نفسها بشكل أكثر نشاطًا وبشكل ملحوظ للنشاط البشري.

تأثير إيجابي

ظاهرة الاستجابة تستخدم على نطاق واسع في العلوم والتكنولوجيا.. على سبيل المثال ، يعتمد تشغيل العديد من دوائر وأجهزة الهندسة الراديوية على هذه الظاهرة.

التأثير السلبي

ومع ذلك ، فإن هذه الظاهرة ليست مفيدة دائمًا.. يمكنك غالبًا العثور على إشارات إلى الحالات التي انكسرت فيها الجسور المعلقة عندما سار الجنود فوقها "خطوة بخطوة". في الوقت نفسه ، يشيرون إلى مظهر من مظاهر تأثير الرنين لتأثير الرنين ، وتصبح المعركة ضده على نطاق واسع.

قتال الرنين

ولكن على الرغم من العواقب الوخيمة في بعض الأحيان لتأثير الاستجابة ، فمن الممكن والضروري للغاية محاربته. لتجنب الحدوث غير المرغوب فيه لهذه الظاهرة ، يتم استخدامها عادة طريقتان لتطبيق الرنين والتعامل معه في وقت واحد:

1. هناك "فصل" بين الترددات ، والذي ، في حالة المصادفة ، سيؤدي إلى عواقب غير مرغوب فيها. للقيام بذلك ، قم بزيادة احتكاك الآليات المختلفة أو تغيير التردد الطبيعي للنظام.
2. إنها تزيد من تخميد الاهتزازات ، على سبيل المثال ، وضع المحرك على بطانة مطاطية أو نوابض.

قبل البدء في التعرف على ظاهرة الرنين ، ينبغي دراسة المصطلحات الفيزيائية المرتبطة بها. لا يوجد الكثير منهم ، لذلك لن يكون من الصعب تذكر وفهم معناها. لذا ، أول الأشياء أولاً.

ما هو اتساع وتواتر الحركة؟

تخيل ساحة عادية حيث يجلس الطفل على أرجوحة ويلوح بساقيه للتأرجح. في الوقت الذي يتمكن فيه من تأرجح الأرجوحة ويصل من جانب إلى آخر ، يمكنك حساب سعة وتكرار الحركة.

السعة هي أكبر طول للانحراف عن النقطة التي كان فيها الجسم في حالة اتزان. إذا أخذنا مثالنا على التأرجح ، فيمكن اعتبار السعة أعلى نقطة يتأرجح إليها الطفل.

والتردد هو عدد التذبذبات أو الحركات التذبذبية لكل وحدة زمنية. يتم قياس التردد بالهرتز (1 هرتز = 1 تذبذب في الثانية). دعنا نعود إلى التأرجح الخاص بنا: إذا مر الطفل في ثانية واحدة فقط نصف طول التأرجح بالكامل ، فسيكون تردده 0.5 هرتز.

كيف يرتبط التردد بظاهرة الرنين؟

لقد اكتشفنا بالفعل أن التردد يميز عدد اهتزازات الجسم في ثانية واحدة. تخيل الآن أن شخصًا بالغًا يساعد طفلًا يتأرجح بشكل ضعيف على التأرجح ، ويدفع الأرجوحة مرارًا وتكرارًا. في نفس الوقت ، هذه الصدمات لها أيضًا تردد خاص بها ، مما سيزيد أو يقلل من سعة التأرجح لنظام "التأرجح الطفل".

لنفترض أن شخصًا بالغًا يدفع الأرجوحة في الوقت الذي يتحرك فيه نحوه ، وفي هذه الحالة لن يزيد التردد من اتساع الحركة. أي أن القوة الخارجية (في هذه الحالة ، تدفع) لن تساهم في تضخيم تذبذب النظام.

إذا كان التردد الذي يتأرجح به شخص بالغ مساويًا عدديًا لتردد التأرجح نفسه ، فقد تحدث ظاهرة صدى. بمعنى آخر ، مثال الرنين هو تزامن تردد النظام نفسه مع تكرار التذبذبات القسرية. من المنطقي تخيل أن التردد والرنين مترابطان.

أين يمكنك أن ترى مثالاً على الرنين؟

من المهم أن نفهم أن أمثلة مظاهر الرنين موجودة في جميع مجالات الفيزياء تقريبًا ، من الموجات الصوتية إلى الكهرباء. معنى الرنين هو أنه عندما يكون تردد القوة الدافعة مساويًا للتردد الطبيعي للنظام ، فإنه يصل في تلك اللحظة إلى أعلى قيمته.

سيعطي مثال الرنين التالي فهمًا للجوهر. لنفترض أنك تمشي على لوح رفيع مرمي عبر نهر. عندما يتزامن تكرار خطواتك مع تكرار أو فترة النظام بأكمله (رجل اللوح) ، تبدأ اللوحة في التأرجح بقوة (الانحناء لأعلى ولأسفل). إذا واصلت التحرك في نفس الخطوات ، فسوف يتسبب الرنين في اتساع قوي لتذبذب اللوحة ، وهو ما يتجاوز القيمة المسموح بها للنظام وسيؤدي هذا في النهاية إلى فشل لا مفر منه للجسر.

هناك أيضًا مجالات الفيزياء حيث يمكنك استخدام هذه الظاهرة مثل الرنين المفيد. قد تفاجئك الأمثلة ، لأننا نستخدمها عادةً بشكل حدسي ، دون أن ندرك حتى الجانب العلمي للقضية. لذلك ، على سبيل المثال ، نستخدم الرنين عندما نحاول إخراج السيارة من حفرة. تذكر أن أسهل طريقة لتحقيق نتيجة ما هي فقط عندما تدفع السيارة في لحظة تحركها للأمام. يضخم مثال الرنين هذا نطاق الحركة ، مما يساعد على سحب السيارة.

أمثلة على الرنين الضار

من الصعب تحديد الرنين الأكثر شيوعًا في حياتنا: الخير أم الضرر. يعرف التاريخ عددًا كبيرًا من النتائج المرعبة لظاهرة الرنين. فيما يلي أشهر الأحداث التي يمكن فيها ملاحظة مثال على الرنين.

1. في فرنسا ، في مدينة أنجيه ، في عام 1750 ، سار مفرزة من الجنود عبر جسر متسلسل. عندما تزامن تواتر خطواتهم مع تردد الجسر ، زاد نطاق التذبذب (السعة) بشكل كبير. كان هناك صدى ، وانكسرت السلاسل ، وانهار الجسر في النهر.
2. كانت هناك حالات تعرض فيها منزل في القرى للدمار بسبب مرور شاحنة على الطريق الرئيسي.

كما ترى ، يمكن أن يكون للرنين عواقب وخيمة للغاية ، ولهذا السبب يجب على المهندسين دراسة خصائص كائنات البناء بعناية وحساب ترددات اهتزازها بشكل صحيح.

صدى مفيد

لا يقتصر الرنين على العواقب الوخيمة. من خلال دراسة متأنية للعالم المحيط ، يمكن للمرء أن يلاحظ العديد من النتائج الجيدة والمفيدة للرنين للإنسان. فيما يلي مثال حي على الرنين ، والذي يسمح للناس بتلقي المتعة الجمالية.

يعمل جهاز العديد من الآلات الموسيقية على مبدأ الرنين. لنأخذ كمانًا: يشكل الجسم والوتر نظامًا تذبذبًا واحدًا ، يوجد بداخله دبوس. من خلاله تنتقل ترددات التذبذب من لوحة الصوت العلوية إلى الأسفل. عندما يرسم Luthier قوسًا على طول الخيط ، فإن الأخير ، مثل السهم ، يتغلب على احتكاكه على سطح الصنوبري ويطير في الاتجاه المعاكس (يبدأ في التحرك في المنطقة المقابلة). هناك رنين ينتقل إلى الجسم. وداخلها توجد ثقوب خاصة - efs ، يتم من خلالها إخراج الرنين. هذه هي الطريقة التي يتم التحكم بها في العديد من الآلات الوترية (الغيتار ، القيثارة ، التشيلو ، إلخ).

ظواهر الرنينترتبط بالحركة التذبذبية الدورية للإلكترونات في الدائرة وتتكون من حقيقة أن الإلكترونات في دائرة تذبذبية معينة "تتأرجح" بسهولة بتردد معين ، وهو ما نسميه الطنين. نلتقي بحركة تذبذبية دورية في كل مكان. تذبذب البندول ، وارتعاش الخيط ، وحركة الأرجوحة كلها أمثلة على الحركة التذبذبية.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك النظام التذبذب الموضح في الشكل 1. هذا النظام ، كما سنرى لاحقًا ، له الكثير من القواسم المشتركة مع الدائرة الكهربائية التذبذبية. يتكون من زنبرك وكرة ضخمة مثبتة على قضيب.

الصورة 1. النموذج الميكانيكي للدائرة التذبذبية.الحث الشامل ، المرونة - السعة ، مقاومة الاحتكاك.

إذا سحبنا الكرة لأسفل من وضع التوازن ، فسوف تندفع على الفور مرة أخرى تحت تأثير الزنبرك ؛ ومع ذلك ، بعد أن اكتسبت الكرة سرعة معينة ، لن تتوقف عند نقطة التوازن ، ولكن بالقصور الذاتي ستنزلق أكثر مما ستسبب تشوهًا جديدًا (ضغط) للنابض. ثم تتكرر هذه العملية في الاتجاه المعاكس ، وهكذا ، سوف تتأرجح الكرة في اتجاه واحد والآخر حتى يتم نقل إمداد الطاقة بالكامل إلى الزنبرك عندما تنحرف الكرة عن الاحتكاك.

من السهل أن نرى أنه عندما تهتز الكرة ، فإن الطاقة المنقولة إلى النظام طوال الوقت تمر من طاقة التشوه (الضغط والتوتر) للزنبرك إلى طاقة حركة الكرة والعكس صحيح. في الميكانيكا ، النوع الأول من الطاقة يسمى الطاقة الكامنة ، والنوع الثاني يسمى الطاقة الحركية.

عندما تكون الكرة في أحد المواقف المتطرفة ، فإنها تتوقف للحظة. في هذه اللحظة ، طاقة حركته تساوي صفرًا. لكن الربيع في هذه اللحظة مشوه بشدة: إما مضغوط أو ممتد ؛ لذلك فهو يحتوي على أكبر قدر من الطاقة. في نفس اللحظة التي تمر فيها الكرة ذات السرعة الأكبر من خلال وضع التوازن ، يكون لديها أكبر طاقة ، لكن طاقة الزنبرك في هذه اللحظة تساوي صفرًا ، لأنها ليست مضغوطة أو مشدودة.

من خلال تحويل الكرة على مسافات مختلفة وفي كل مرة نلاحظ تكرار التذبذبات الحرة اللاحقة للنظام ، سنلاحظ أن تردد تذبذبات النظام يظل كما هو طوال الوقت. بمعنى آخر ، لا يعتمد على حجم الانحراف الأولي. سوف نسمي هذا التردد تردد التذبذب الطبيعيأنظمة.

إذا لم يكن لدينا نظام واحد من هذا القبيل ، ولكن العديد من هذه الأنظمة ، فيمكننا أن نكون مقتنعين بأن التردد الطبيعي للتذبذبات الحرة للنظام يتناقص مع زيادة كتلة الكرة ويزيد مع زيادة المرونة ، أي مع انخفاض في مرونة الربيع. يمكن أيضًا العثور على هذا الاعتماد في مثال أبسط مع سلاسل اهتزازية بسماكات مختلفة ودرجات توتر مختلفة.

إذا أردنا تأرجح الكرة بأقل قدر من الجهد ، فسنحاول بالتأكيد ، أولاً ، إنشاء دورية صارمة لصدماتنا ، أي سنحاول جعل الصدمات تتبع بعضها البعض بعد وقت معين ، و ثانيًا ، سنحاول أن يكون الفاصل الزمني بين الصدمات مساويًا لفترة التذبذبات الطبيعية للنظام (الشكل 2).

الشكل 2. نموذج ميكانيكي لدائرة متذبذبة مع اهتزازات غير مخمدة.تردد القوة القسرية يساوي التردد الطبيعي للنظام (الرنين).

من أجل تأرجح النظام التذبذب بأقل جهد ، من الضروري جعل تردد القوة الدافعة مساويًا للتردد الطبيعي لتذبذب النظام. هذه القاعدة معروفة جيدًا لنا جميعًا منذ الطفولة ، عندما استخدمناها ، نتأرجح على أرجوحة.

الشكل 3 ظاهرة الرنين على مثال الأرجوحة.

لذلك ، عندما يتزامن تردد القوة الدافعة مع تردد التذبذب الطبيعي للنظام ، فإن سعة التذبذب تصبح الأكبر.

وبالتالي ، يجب القول أن تزامن تردد القوة الدافعة مع التردد الطبيعي لتذبذبات النظام هو صدى.

ليس من الضروري الذهاب بعيدًا للحصول على أمثلة عن الرنين. زجاج النافذة يرتجف بتردد معين في كل مرة يمر فيها ترام أو شاحنة ؛ ارتعاش وتر آلة موسيقية بعد أن لمسنا وترًا مجاورًا تم ضبطه في انسجام مع الأول ، وما إلى ذلك - كل هذه ظواهر رنين.

نقوم بشحن المكثف بكمية معينة من الكهرباء (الشكل 4 ، أ) ثم نغلقه في المحرِّض (الشكل 4 ، ب). سيبدأ المكثف في التفريغ على الفور. سوف يتدفق تيار التفريغ عبر المحرِّض ، وسيؤدي ظهور التيار في الملف إلى ظهور مجال مغناطيسي حوله. في هذه الحالة ، سيحدث EMF للحث الذاتي في الملف ، مما سيؤخر تفريغ المكثف. عندما يتم تفريغ المكثف ، لن يتوقف التيار الموجود في الملف ، حيث سيتم الحفاظ عليه الآن بواسطة EMF للحث الذاتي بسبب الطاقة المخزنة في المجال المغناطيسي للملف أثناء تفريغ المكثف. سيعيد هذا التيار المستمر شحن المكثف في الاتجاه المعاكس ، أي أن اللوحة التي كانت موجبة في السابق ستصبح سالبة ، والعكس صحيح (الشكل 4 ، ج).

الشكل 4 فوق - كهربائي ، أسفل - ميكانيكي.

بعد ذلك ، سيبدأ المكثف في التفريغ مرة أخرى ، وإعادة الشحن مرة أخرى (الشكل 4 ، د ، هـ) ، إلخ. ستستمر التقلبات الحالية في الدائرة حتى يتم تحويل كل الطاقة الكهربائية المنقولة إلى الدائرة عند شحن المكثف إلى طاقة حرارية. سيحدث هذا بشكل أسرع ، كلما زادت المقاومة النشطة للدائرة.

لذا ، فإن تفريغ المكثف من خلال محث هو عملية تذبذبية. خلال هذه العملية ، يتم شحن المكثف وتفريغه عدة مرات ، وتنتقل الطاقة بالتناوب من المجال الكهربائي للمكثف إلى المجال المغناطيسي للملف والعكس صحيح.

الشكل 5 التذبذبات في الدائرة التذبذبية.

التقلبات الحالية التي تحدث أثناء هذا التفريغ ذات طابع مخمد (الشكل 6).

الشكل 6 التذبذبات المخففة في الدائرة.

إن تواتر التذبذبات للقيم المختارة للسعة والتحريض هو قيمة محددة تمامًا ويسمى التردد الطبيعي للدائرة. سيكون التردد الطبيعي للدائرة أكبر ، وأصغر سعة ومحاثة الدائرة.

إذا تم إدخال مصدر تيار متناوب في الدائرة التذبذبية ، والتي يتزامن ترددها مع التردد الطبيعي للدائرة ، فإن التذبذبات في الدائرة ستصل إلى أعلى قيمة ، أي ستحدث ظاهرة الرنين.

يمكن رسم متوازي بعيد المدى بين الاهتزازات الكهربائية والميكانيكية.

في الجدول. الرقم 1 على اليسار عبارة عن كميات وظواهر كهربائية ، وعلى اليمين توجد كميات وظواهر مشابهة لها من مجال الميكانيكا فيما يتعلق بنموذجنا الميكانيكي لدائرة تذبذبية.

يظهر الشكل 4 لحظات مختلفة من التذبذب الكهربائي ولحظات التذبذب المقابلة لنموذجنا الميكانيكي للدائرة التذبذبية.

ظاهرة صدى الأنظمة التذبذبية معروفة للجميع من الدورة المدرسية
في الفيزياء. لنأخذ شوكتي ضبط كمثال. نقوم بإثارة شوكة رنانة بتردد 500 هرتز وإحضارها إلى شوكة رنانة أخرى بنفس التردد الطبيعي البالغ 500 هرتز. ماذا سيحدث؟ سوف يبدو. مع نفس النجاح ، صدى التفاعل ، ربما ، ينطبق على كل أشكال الحياة على الأرض - هذا شخص ، حيوان ، عالم نباتي.

الرنين (fr. الرنين ، من lat. resono - I response) هو ظاهرة الزيادة الحادة في سعة التذبذبات القسرية ، والتي تحدث عندما يقترب تردد التأثير الخارجي من قيم معينة (ترددات الرنين) التي تحددها الخصائص النظام. الزيادة في السعة ليست سوى نتيجة للرنين ، والسبب هو تزامن التردد الخارجي (المثير) مع التردد الداخلي (الطبيعي) للنظام التذبذب. بمساعدة ظاهرة الرنين ، حتى التذبذبات الدورية الضعيفة جدًا يمكن عزلها و / أو تحسينها. الرنين هو ظاهرة تستجيب بشكل خاص لعمل هذه القوة عند تردد معين للقوة الدافعة. يتم وصف درجة الاستجابة في نظرية التذبذب بكمية تسمى عامل الجودة. تم وصف ظاهرة الرنين لأول مرة بواسطة جاليليو جاليلي في عام 1602 في الأعمال المكرسة لدراسة البندولات والأوتار الموسيقية.

(مادة من ويكيبيديا - الموسوعة المجانية)

الرنين هو الطريقة الرئيسية التي تنتقل بها المشاعر من شخص لآخر.

هكذا يوصف الرنين في ويكيبيديا. لماذا يحتاج المتعاطف أو النفساني إلى معرفة الرنين؟ من أجل نفسيةالعمل مع تدفقات الطاقة والمشاعر والعواطف ، يمكن استخدام هذه الظاهرة كأداة. الرنين هو ظاهرة فيزيائيةوغيرها من مظاهر الطاقة الحيوية ، مثل الصوت. الصوت أيضًا نوع من المجال ، أو بالأحرى اهتزازه ، فهو يملأ كل شيء من حوله ، حيث يمكنه اختراقه. المشاعر والعواطف مجال طبيعي ويجب الالتزام بالقوانين الفيزيائية.

على سبيل المثال ، لتقوية المشاعر ، يكفي العثور على شخص آخر لديه نفس المشاعر أو إثارة ذلك لدى شخص آخر. كلما زاد عدد الأشخاص معًا في عاطفة واحدة ، أصبحت أقوى.. إذا قمت بزيادة عدد الأشخاص الذين لديهم عاطفة واحدة ، فستستوعب في مرحلة ما شخصيات الناس ، و يفقد الناس السيطرة. حشد من المشجعين في الملعب ، المسيرات ، مجرد اجتماعات لأشخاص متشابهين في التفكير ، خدمات دينية- فيما يلي بعض الأمثلة على تأثير الرنين من الناحية العاطفية.

ما هو خطر التليفزيون في هذا الصدد.

لقد كتبت أعلاه: - كلما زاد عدد الأشخاص معًا في عاطفة واحدة ، أصبحت أقوى. تخيل الآن أن هناك نوعًا من النقل ، أو فيلم روائي طويل لا يترك الناس غير مبالين. هو نفسه التأمل الجماعي، بمعنى آخر لها قوة هائلة تؤثر على الوعي العام لأهل المدينة ، البلد ، الكوكب.كل هذا يتوقف على عدد الأشخاص الذين يشاهدون هذا المنتج. إذا تمت إدانة شخص ما أو شيء ما على شاشة التلفزيون ، فلا يهم ما إذا كان مستحقًا أم لا ، ويشعر جميع المشاهدين بالسخط ، فلن يكون هناك شيء مفيد للشخص المعني.

ولكن إذا كان هناك ، على سبيل المثال ، فيلم روائي طويل ، فغالبًا ما تكون هناك شخصيات خيالية ، أي أنه لا يوجد ما يدعو إلى الانزعاج بشكل خاص ، فلا ضرر لأحد. لكنها ليست بهذه البساطة. إذا كان الشخص يعاني من مشاعر سلبية ، فإنه يدمر نفسه ،لكن تخيل ما سيحدث إذا أخذت في الاعتبار صدى جميع المشاهدين في هذه اللحظة. لمثل هذه الأشياء ، المسافة ليست عائقا. اتضح مجموعة التأمل على تدمير الذات.لذلك ، إذا كنت تشاهد برامج أو أفلامًا على التلفزيون ، فعندئذ فقط تلك التي تسبب الإيجابية. لكن حتى هنا ، ليس كل شيء بسيطًا ، فالطاقة التي يطلقها الإنسان ، لا تبقى له شخصيًا ، إنها تُسلب من قبل بعض egregors.

قم بإجراء تجربة ، أو تذكر فقط ما إذا كان هناك شيء مشابه قد حدث لك بالفعل في حياتك. شاهد فيلمًا على إحدى القنوات المركزية ، في أوقات الذروة عندما يشاهد الكثير من الأشخاص التلفزيون ، وبعد فترة شاهد نفس الفيلم على الإنترنت أو من قرص فقط ، إذا جاز التعبير ، بمفردك ولاحظ أن المشاعر عندما أنت تشاهد بمفردك من قرص DVD يكون أقل سطوعًا بكثير مما تشاهده على قناة تلفزيونية مركزية عندما يشاهد الآلاف من الأشخاص هذا الفيلم في نفس الوقت.

مظاهر الرنين في الحياة اليومية.

إذا كنت تعتقد أنك قد لا تجد صدى في الحياة لأنك لست من المعجبين وتتجنب بشكل عام تجمعات الناس ، فأنت مخطئ.

بعض الأمثلة.

• صداقة. صديق ، صديقة - هذا هو صدى مستوى الوعي والمصالح.
• حب. الحب هو صدى المشاعرالامتثال الخارجي والداخلي للمثل العليا لكلا المشاركين.
• الحب من طرف واحد ولا مقابل. هذا أيضًا صدى ، لكن الصدى لم يعد عند الشخص ، بل مع صورة الشخص التي أنشأها عقله.. والهدف من الوقوع في الحب هو مجرد صورة تعيش في العقل الباطن للحبيب.
• مناقشة. صدى وجهات النظر المتوافقة ، الآراء حول حدث ، شيء ، شخص.
• التعاطف والرحمة. التناغم مع الشخص ، والدخول الواعي في صدى مع شخص. يحدث هذا الفعل عمدًا أو بعيدًا عن العادة ، تلقائيًا ، إذا كانت هذه المظاهر في رأيك صحيحة.
• الاستياء والغضب. هذه انفجارات عاطفية قوية. يدخل معظم الناس بسهولة في هذه المشاعر ، على الفور تقريبًا ، نظرًا لكونهم عاديين وطبيعيين لعالمنا منخفض الاهتزازات.
• يخاف. الخوف الجماعي هو أيضًا هواية مفضلة لكثير من الناس. الجدية هي مظهر خفي للخوف ، هذه اللعبة هي واحدة من الأشخاص المفضلين.

لديك خيار ألا يتردد صداها.

عدم الرنين يعني البقاء على الحيادفيما يتعلق بالعاطفة ، النظرة العالمية ، الاعتقاد المشترك بين مجموعة من الناس. يمكن للشخص الذي يفهم ظاهرة الرنين ويدركها ، بجهد إرادته أو باستخدام خيار ، ألا يشارك في الرنين. بالنسبة للوسطاء وخاصة المتعاطفين ، هذا فهم مهم للغاية.نعم ، عاطفة محسّنة ، أكثر إبهارًا بعدة مرات ، إنها غير سارة ، لكن مع إدراك أنك قد لا يكون لها صدى ، فقد لا تفقد عقلك.فقط عامل الأشخاص الذين يتردد صداها وكأنهم في حالة سكر. أنت تفهم ذلك الشخص المخمور ليس كافياً، ما عليك سوى الانتظار حتى يبكي الشخص ، وبعد ذلك يصبح طبيعيًا.

في ممارسات الطاقة ، غالبًا ما يستخدم الرنين في التأملات الجماعية. نعم، التأمل الجماعي له تأثير أكبر بكثير من التأمل وحده، بشرط أن يكون جميع المشاركين في نفس المستوى والمزاج الروحي تقريبًا. لكن يجب ألا ننسى أن أي إشعاع عاطفي وحيوي ، وخاصة الإشعاع القوي والرنين ، يتضمن قانون التوازن الكرمي. قد يبدو هذا بمثابة انفجار عاطفي ، يتجلى غالبًا في المشاعر السلبية لدى معظم المشاركين في التأمل الجماعي. يحدث هذا عادة في اليوم التالي ، على الرغم من أنه قد يستغرق عدة ساعات. يشير البعض إلى هذه الظاهرة باسم التطهير. لكن هذا مجرد دفع مقابل التشوهات التي أدخلت في فضاء الكون أثناء التأمل. التطهير يحدث أثناء التأمل ، بسبب تعزيز تدفقات الطاقة.