Какви са ползите и вредите от резонанса. Блог "домашно лечение"

При резонанс енергията влиза в системата съвместно с колебанията в нея, като непрекъснато увеличава тяхната амплитуда. В стационарен режим се поддържа голяма амплитуда на трептения чрез малки енергийни постъпления в системата, които попълват загубите на енергия на трептене (нагряване на проводници, преодоляване на съпротивителни сили, загуби от излъчване на електромагнитни и механични вълни) за един период. В системата в резонанс се създават най-благоприятни условия за реализиране на свободни незатихващи трептения, присъщи на системата, и следователно амплитудата на трептенията рязко нараства.

Нека разгледаме някои примери за проява на резонанс в природата.

Пример 1. Войниците вървят по моста с маршируващи стъпки, честотата на ударите на крака по повърхността на моста може да съвпада с естествената честота на моста като осцилаторна система, възниква резонансно явление, при което амплитудата на колебанията на моста постепенно се увеличава и , при големи числови стойности, може да доведе до неговото унищожаване.

Пример 2. Вентилаторът е лошо прикрепен към тавана и по време на въртенето си създава удари по тавана, чиято честота може да съвпадне с естествената честота на помещението (тавана) като осцилаторна система, амплитудата на трептенията на тавана се увеличава и може да доведе до до нейния срив.

Пример 3. Инструментите на корабите са направени възможно най-тежки (стойките са направени тежки) и окачени на меки пружини (коефициентът на твърдост за тях ще бъде малък). В този случай честотата на накланяне на кораба ще бъде по-голяма от честотата на собствените трептения (
) устройства на пружини и следователно не се получава резонанс.

Пример 4. В радиоприемниците, въз основа на явлението резонанс, е възможно да се избере желания сигнал от голям брой сигнали от различни радиостанции, пристигащи на неговата приемна антена (фиг. 5.23, а). Нека входът на радиоприемника приема сигнали с малка амплитуда с различни носещи честоти

За изолиране на сигнал с носеща честота , е необходимо да се постигне честотно равенство собствени свободни незатихващи трептения на приемната верига и честота (=). След това, поради явлението резонанс, амплитудата на сигнала с честота на изхода на кондензатора се увеличава рязко, а амплитудите на останалите сигнали остават същите (фиг. 5.23, b показва плътната линия на резонансната крива, чийто максимум пада върху честотата )

и по този начин се изолира сигнал с носеща честота . Чрез промяна на капацитета на кондензатора можете да настроите приемната верига на антената към носещата честота (на фиг. 5.22, б, пикът на резонансната крива е изместен към честотата ).

1. Нелинейни системи. Автоколебания

1. Нелинейни системи. Под нелинейни системиразбират такива осцилаторни системи, чиито свойства зависят от протичащите в тях процеси. В такива системи има нелинейни връзки, например между: 1) еластичната сила и офсет натоварване спрямо равновесното положение. Това води до нарушаване на закона на Хук и до зависимостта на коефициента да сескованост на системата от изместване , което променя естествената честота системни трептения; 2) електрическите заряди на кондензатора и силата на полето, което създават (фероелектрикът между плочите на кондензатора под действието на електрическо поле променя своята диелектрична константа и по този начин води до промяна в капацитета на кондензатора в зависимост от напрежението подава се към веригата, тоест до промяна в собствената честота на трептене на веригата ) и др.

Всички физически системи са нелинейни системи.При малки амплитуди на трептене (за малки отклонения от положението на равновесие) физическите системи могат да се считат за линейни, трептенията в тях се описват със същите диференциални уравнения, което позволява да се изгради обща теория на трептенията.

Нелинейните ефекти във физическите системи обикновено се проявяват с увеличаване на амплитудата на трептения - това води до факта, че естествените трептения на системата (осцилатор) вече няма да бъдат хармонични и тяхната честота ще зависи от амплитудата на трептенията. Уравненията на движението за тях са нелинейни и такива системи се наричат ​​анхармонични осцилатори (виж § 5.5).

Всъщност, например, за малки отклонения на потенциалното поле от параболичната форма (), диференциалното уравнение на трептенията ще има формата

,

От написаното диференциално уравнение се вижда, че коефициентът на твърдост зависи от амплитудата на трептене, което води до зависимостта на ъгловата честота на свободните незатихващи трептения на системата от амплитудата на трептене
.

За големи отклонения от линейното поведение зависимостта
става по-сложно и следователно уравненията, описващи трептенията в системата, стават по-сложни.

При нелинейните системи, за разлика от линейните, принципът на суперпозицията е нарушен, според който полученият ефект от сложен процес на експозиция е сборът от ефектите, причинени от всяко въздействие поотделно, при условие че последните не си влияят взаимно.

Промяната във формата на хармонично външно влияние в нелинейните системи и нарушаването на принципа на суперпозицията правят възможно генерирането и преобразуването на честотата на електромагнитните трептения с помощта на такива системи - ректификация, умножение на честотата, модулация на трептенеи т.н.

Резонансът в такава нелинейна система ще се различава по това, че по време на натрупването на осцилатора от външна сила, стойността на разстройването (
) ще се промени с честотата ще зависи от амплитудата на трептенията.

2. Автоосцилиращи системи. Нека разгледаме по-подробно един от примерите за нелинейни системи - автоосцилиращи системи.

Предимството на използването на резонансни явления е тяхната ефективност и голяма амплитуда на трептене. Недостатъкът е нестабилността на системата, свързана с необходимостта от поддържане на резонансното състояние с висока степен на точност (
), тъй като всякакви отклонения в честотата на външното въздействие от резонансната честота с тясна резонансна крива рязко променят амплитудата на трептенията в системата (фиг. 5.17, а, б).

За да се избегнат подобни нежелани явления, е възможно да се принуди самата система да поддържа това резонансно състояние, такава система е самоосцилираща система. Автоколебателна системасе отнася до групата нелинейни осцилаторни системи, в които дисипативните загуби се компенсират поради притока на енергия от външен постоянен източник. В същото време самата система регулира подаването на енергия към системата, като я доставя в точното време в точното количество.

Автоосцилаторната система се състои от осцилаторна система, източник на енергия и клапан - устройство, което регулира подаването на енергия към системата. Работата на клапана се управлява от самата система с помощта на обратна връзка (фиг. 5.24, а)

Като пример за самоосцилираща система може да се посочи система, състояща се от товар, прикрепен към две пружини и осцилиращ върху метален прът (фиг. 5.24, б). Източник на постоянен ток с помощта на електромагнит за всеки период на трептене работи за увеличаване на кинетичната енергия на товара, попълвайки загубата на енергия на трептене за преодоляване на силите на съпротивление.

Това се случва по следния начин. По време на движението си метална пластина, прикрепена към товара, докосва контакта на прекъсвача (играе ролята на клапан), електрическата верига се затваря и електромагнитът привлича пластината към себе си, като същевременно придава допълнителна скорост на товара. По този начин в системата възникват незатихващи трептения с честота
с голяма амплитуда, която може да се регулира чрез промяна на позицията на контакта на прекъсвача.

Примери за автоосцилиращи системи са духовите и лъковите инструменти, вибрациите на гласните струни по време на разговор и механичните часовници. Пример за самоосцилираща се система в природата е ядрен реактор, който е работил в продължение на 500 000 години в уранова мина в Африка преди 2,5 милиарда години. За функционирането му бяха необходими достатъчно количество уран-235, който се разделя под действието на бавни неутрони, и неутронен забавител - вода. В определен момент от време се натрупа вода в достатъчни количества и реакторът започна да работи. Работата му беше подкрепена от веригата от процеси, показани на фиг. 5.25:

Такава автоколебателна система работеше, докато ядреното гориво не изгори. Тук източникът на енергия е деленето на ядрата U-235, промяната в температурата на водата служи като клапан, а осцилиращата система е вода, чието ниво се колебае.

Определението на понятието резонанс (отговор) във физиката се възлага на специални техници, които имат статистически графики, които често се сблъскват с това явление. Днес резонансът е честотно-селективен отговор, при който вибрационна система или рязко увеличаване на външната сила принуждават друга система да осцилира с по-голяма амплитуда при определени честоти.

Принцип на действие

Това явление се наблюдавакогато системата е в състояние да съхранява и лесно прехвърля енергия между два или повече различни режима на съхранение, като кинетична и потенциална енергия. Въпреки това има известна загуба от цикъл на цикъл, наречена затихване. Когато затихването е незначително, резонансната честота е приблизително равна на собствената честота на системата, която е честотата на непринудените вибрации.

Тези явления възникват при всички видове трептения или вълни: механични, акустични, електромагнитни, ядрено-магнитни (ЯМР), електронни спинове (ЕПР) и резонанс на квантовите вълнови функции. Такива системи могат да се използват за генериране на вибрации с определена честота (например музикални инструменти).

Терминът "резонанс" (от латински resonantia, "ехо") идва от областта на акустиката, особено наблюдавана при музикалните инструменти, например, когато струните започват да вибрират и произвеждат звук, без да бъдат пряко засегнати от играча.

Бутане на мъж на люлкае често срещан пример за това явление. Натоварено люлеене, махалото има естествена честота на трептене и резонансна честота, която се съпротивлява на по-бързо или по-бавно натискане.

Пример е люлеенето на снаряди в детска площадка, което действа като махало. Натискането на човек, докато се люлее с естествен интервал на замах, кара люлеенето да върви все по-високо и по-високо (максимална амплитуда), докато опитите за замахване с по-бързо или по-бавно темпо създават по-малки дъги. Това е така, защото енергията, погълната от вибрациите, се увеличава, когато ударите съвпадат с естествените вибрации.

Отговорът е широко разпространен в природатаи се използва в много изкуствени устройства. Това е механизмът, чрез който се генерират практически всички синусоиди и вибрации. Много от звуците, които чуваме, като например когато се удрят твърди предмети, изработени от метал, стъкло или дърво, са причинени от кратки вибрации в обекта. Светлината и други електромагнитни лъчения с къса дължина на вълната се произвеждат чрез резонанс на атомен мащаб, като електрони в атоми. Други условия, при които могат да се прилагат полезните свойства на това явление:

• Механизми за измерване на времето на съвременните часовници, балансово колело в механичните часовници и кварцов кристал в часовниците.
• Приливна реакция на залива Фънди.
• Акустични резонанси на музикални инструменти и гласовия тракт на човека.
• Унищожаване на кристално стъкло под въздействието на музикалния десен тон.
• Фрикционните идиофони, като например правенето на стъклен предмет (стъкло, бутилка, ваза), вибрират, когато се търкат около ръба му с върха на пръста.
• Електрическият отговор на настроените вериги в радиостанции и телевизори, които позволяват селективно приемане на радиочестоти.
• Създаване на кохерентна светлина чрез оптичен резонанс в лазерна кухина.
• Орбитален отговор, илюстриран от някои от луните на газовите гиганти на Слънчевата система.

Материални резонанси в атомен мащабса в основата на няколко спектроскопски метода, които се използват във физиката на кондензираната материя, например:

• Електронно въртене.
• Ефект на Мосбауер.
• Ядрено магнитен.

Видове явления

При описването на резонанса Г. Галилей просто обърна внимание на най-значимото нещо – способността на механична осцилаторна система (тежко махало) да натрупва енергия, която се доставя от външен източник с определена честота. Проявите на резонанса имат определени особености в различните системи и следователно разграничават различните му видове.

Механични и акустични

Това е тенденцията на механичната система да абсорбира повече енергия, когато честотата на нейната вибрация съвпада с честотата на естествените вибрации на системата. Това може да доведе до сериозни колебания в трафика и дори до катастрофална повреда в недовършени конструкции, включително мостове, сгради, влакове и самолети. Когато проектират обекти, инженерите трябва да гарантират, че механичните резонансни честоти на съставните части не съвпадат с честотите на вибрациите на двигателите или други осцилиращи части, за да се избегне явление, известно като резонансен дистрес.

електрически резонанс

Възниква в електрическа верига при определена резонансна честота, когато импедансът на веригата е минимален в последователна верига или максимум в паралелна верига. Резонансът във веригите се използва за предаване и приемане на безжични комуникации като телевизионни, клетъчни или радио комуникации.

Оптичен резонанс

Оптичната кухина, наричана още оптична кухина, е специално подреждане на огледала, което образува резонатор със стояща вълна за светлинни вълни. Оптичните кухини са основният компонент на лазерите, които обграждат усилвателната среда и осигуряват обратна връзка на лазерното лъчение. Използват се и в оптични параметрични осцилатори и някои интерферометри.

Светлината, затворена в кухина, възпроизвежда многократно стоящи вълни за определени резонансни честоти. Получените модели на стоящи вълни се наричат ​​"режими". Надлъжните режими се различават само по честота, докато напречните се различават за различни честоти и имат различни модели на интензитет в напречното сечение на лъча. Пръстеновидните резонатори и шептещите галерии са примери за оптични резонатори, които не произвеждат стоящи вълни.

Орбитални флуктуации

В космическата механика възниква орбитален отговор, когато две орбитални тела упражняват редовно, периодично гравитационно влияние едно върху друго. Това обикновено е така, защото техните орбитални периоди са свързани чрез съотношението на две малки цели числа. Орбиталните резонанси значително засилват взаимното гравитационно влияние на телата. В повечето случаи това води до нестабилно взаимодействие, при което телата обменят инерция и изместване, докато резонансът вече не съществува.

При някои обстоятелства резонансната система може да бъде стабилна и самокоригираща се, така че телата да останат в резонанс. Примери са резонансът 1:2:4 на спътниците на Юпитер Ганимед, Европа и Йо и резонансът 2:3 между Плутон и Нептун. Нестабилните резонанси с вътрешните луни на Сатурн създават празнини в пръстените на Сатурн. Специален случай на резонанс 1:1 (между тела с подобни орбитални радиуси) кара големите тела на Слънчевата система да изчистят околността около орбитите си, изтласквайки почти всичко останало около тях.

Атомна, частична и молекулярна

Ядрено-магнитен резонанс (ЯМР)е име, дадено на физическия резонансен феномен, свързан с наблюдението на специфични квантово-механични магнитни свойства на атомно ядро, ако присъства външно магнитно поле. Много научни методи използват ЯМР явления за изследване на молекулярната физика, кристали и некристални материали. ЯМР често се използва и в съвременните медицински техники за изобразяване като магнитен резонанс (MRI).

Ползите и вредите от резонанса

За да се направи заключение за плюсовете и минусите на резонанса, е необходимо да се разгледа в кои случаи той може да се прояви най-активно и забележимо за човешката дейност.

Положителен ефект

Феноменът отговор се използва широко в науката и технологиите.. Например, работата на много радиотехнически схеми и устройства се основава на това явление.

отрицателно въздействие

Феноменът обаче не винаги е полезен.. Често можете да намерите препратки към случаи, когато висящи мостове се счупват, когато войниците минават по тях „в крачка“. В същото време те се отнасят до проявата на резонансния ефект от въздействието на резонанса и борбата с него става мащабна.

Борба с резонанса

Но въпреки понякога катастрофалните последици от ефекта на реакцията, е напълно възможно и необходимо да се борим с него. За да се избегне нежеланата поява на това явление, обикновено се използва два начина за едновременно прилагане на резонанс и справяне с него:

1. Има "разделяне" на честотите, което в случай на съвпадение ще доведе до нежелани последствия. За да направите това, увеличете триенето на различни механизми или променете естествената честота на системата.
2. Те увеличават затихването на вибрациите, например поставят двигателя върху гумена облицовка или пружини.

Преди да започнете да се запознавате с явленията на резонанса, трябва да проучите физическите термини, свързани с него. Не са толкова много от тях, така че няма да е трудно да запомните и разберете значението им. И така, първо първо.

Каква е амплитудата и честотата на движението?

Представете си един обикновен двор, където дете седи на люлка и размахва крака, за да се люлее. В момента, когато той успее да замахне люлката и те достигнат от едната страна до другата, можете да изчислите амплитудата и честотата на движение.

Амплитудата е най-голямата дължина на отклонение от точката, в която тялото е било в равновесие. Ако вземем нашия пример с люлка, тогава амплитудата може да се счита за най-високата точка, до която детето се е залюляло.

А честотата е броят на трептенията или осцилаторните движения за единица време. Честотата се измерва в херци (1 Hz = 1 трептене в секунда). Да се ​​върнем към нашата люлка: ако детето премине за 1 секунда само половината от цялата дължина на люлката, тогава честотата му ще бъде равна на 0,5 Hz.

Как честотата е свързана с явлението резонанс?

Вече разбрахме, че честотата характеризира броя на вибрациите на обект за една секунда. Представете си сега, че възрастен помага на слабо люлеещо се дете да се люлее, бутайки люлката отново и отново. В същото време тези удари имат и собствена честота, която ще увеличи или намали амплитудата на люлеене на системата "люлка-дете".

Да предположим, че възрастен бута люлката в момента, когато се движи към него, като в този случай честотата няма да увеличи амплитудата на движението.Тоест външна сила (в този случай бута) няма да допринесе за усилването на трептене на системата.

Ако честотата, с която възрастен люлее дете, е числено равна на самата честота на люлеене, може да възникне резонансен феномен. С други думи, пример за резонанс е съвпадението на честотата на самата система с честотата на принудителните трептения. Логично е да си представим, че честотата и резонансът са взаимосвързани.

Къде можете да видите пример за резонанс?

Важно е да се разбере, че примери за проявление на резонанс се намират в почти всички области на физиката, от звукови вълни до електричество. Смисълът на резонанса е, че когато честотата на движещата сила е равна на собствената честота на системата, тогава в този момент тя достига най-високата си стойност.

Следващият пример за резонанс ще даде разбиране на същността. Да приемем, че вървите по тънка дъска, хвърлена през река. Когато честотата на вашите стъпки съвпада с честотата или периода на цялата система (board-man), тогава дъската започва да осцилира силно (огъване нагоре и надолу). Ако продължите да се движите в същите стъпки, тогава резонансът ще предизвика силна амплитуда на трептене на платката, която е извън допустимата стойност на системата и това в крайна сметка ще доведе до неизбежна повреда на моста.

Има и онези области на физиката, където можете да използвате такъв феномен като полезен резонанс. Примерите може да ви изненадат, защото обикновено го използваме интуитивно, без дори да осъзнаваме научната страна на въпроса. Така например използваме резонанс, когато се опитваме да извадим кола от дупка. Не забравяйте, че най-лесният начин да постигнете резултат е само когато бутнете колата в момента на движението й напред. Този пример за резонанс усилва обхвата на движение, като по този начин помага за тегленето на автомобила.

Примери за вреден резонанс

Трудно е да се каже кой резонанс в живота ни е по-често срещан: добър или вреден. Историята познава значителен брой ужасяващи последици от явлението резонанс. Ето най-известните събития, в които може да се наблюдава пример за резонанс.

1. Във Франция, в град Анже, през 1750 г., отряд войници вървяха в крачка по верижен мост. Когато честотата на техните стъпки съвпадна с честотата на моста, диапазонът на трептене (амплитуда) се увеличи драстично. Имаше резонанс и веригите се скъсаха, а мостът се срути в реката.
2. Имало е случаи, когато къща в селата е била разрушена заради камион, който се движи по главния път.

Както можете да видите, резонансът може да има много опасни последици, поради което инженерите трябва внимателно да проучат свойствата на строителните обекти и правилно да изчислят техните вибрационни честоти.

Полезен резонанс

Резонансът не се ограничава до тежките последици. С внимателно проучване на околния свят може да се наблюдават много добри и полезни резултати от резонанса за човек. Ето един ярък пример за резонанс, който позволява на хората да получат естетическо удоволствие.

Устройството на много музикални инструменти работи на принципа на резонанса. Да вземем цигулка: тялото и струната образуват единна осцилаторна система, вътре в която има щифт. Именно чрез него честотите на трептене се предават от горната дека към долната. Когато luthier тегли лъка по тетивата, последният, подобно на стрела, побеждава триенето си върху повърхността на колофона и лети в обратна посока (започва да се движи в противоположната област). Има резонанс, който се предава на тялото. А вътре в него има специални дупки - efs, през които се извежда резонансът. Така се управлява в много струнни инструменти (китара, арфа, виолончело и др.).

Външно въздействие върху някои стойности (резонансни честоти), определени от свойствата на системата. Усилването е просто следствиерезонанс и причина- съвпадение на външната (възбуждаща) честота с вътрешната (собствена) честота на колебателната система. С помощта на резонансния феномен могат да бъдат изолирани и/или засилени дори много слаби периодични трептения. Резонансът е явление, при което при определена честота на движещата сила осцилаторната система е особено чувствителна на действието на тази сила. Степента на отзивчивост в теорията на колебанията се описва с количество, наречено качествен фактор. Феноменът на резонанса е описан за първи път от Галилео Галилей през 1602 г. в произведения, посветени на изучаването на махалата и музикалните струни.

механика

Механичната резонансна система, най-известна на повечето хора, е обикновена люлка. Ако натиснете люлеенето според резонансната му честота, обхватът на движение ще се увеличи, в противен случай движението ще изчезне. Резонансната честота на такова махало с достатъчна точност в диапазона на малки премествания от равновесното състояние може да се намери по формулата:

Механизмът на резонанса е, че магнитното поле на индуктора генерира електрически ток, който зарежда кондензатора, а разреждането на кондензатора създава магнитно поле в индуктора - процес, който се повтаря многократно, по аналогия с механичното махало.

Ако приемем, че в момента на резонанса индуктивните и капацитивните компоненти на импеданса са равни, резонансната честота може да се намери от израза

където ; f е резонансната честота в херци; L е индуктивността в Хенри; C е капацитетът във фаради. Важно е, че в реалните системи понятието резонансна честота е неразривно свързано с честотна лента, тоест честотния диапазон, в който реакцията на системата се различава малко от реакцията при резонансната честота. Пропускателната способност се определя от качествен фактор на системата.

микровълнова печка

В микровълновата електроника широко се използват резонатори с кухини, най-често с цилиндрична или тороидална геометрия с размери от порядъка на дължината на вълната, при които са възможни висококачествени трептения на електромагнитното поле при индивидуални честоти, определени от граничните условия. Най-висок коефициент на качество имат свръхпроводящите резонатори, чиито стени са направени от свръхпроводник, и диелектричните резонатори с модове на шептяща галерия.

Оптика

Акустика

Резонансът е един от най-важните физически процеси, използвани при проектирането на звукови устройства, повечето от които съдържат резонатори, като струните и тялото на цигулка, тръбата на флейта и тялото на барабаните.

астрофизика

Орбиталният резонанс в небесната механика е ситуация, при която две (или повече) небесни тела имат орбитални периоди, които са свързани като малки естествени числа. В резултат на това тези небесни тела упражняват редовно гравитационно влияние един върху друг, което може да стабилизира орбитите им.

Резонансен метод за унищожаване на лед

Известно е, че когато товар се движи по ледената покривка, се развива система от огъващи гравитационни вълни (IGWs). Това е комбинация от вибрации на огъване на плоча от лед и свързаните с тях гравитационни вълни във водата. Когато скоростта на зареждане е близка до минималната фазова скорост от IGW, водата спира да поддържа ледената покривка и опората се осигурява само от еластичните свойства на леда. Амплитудата на IGW рязко се увеличава и при достатъчно натоварване започва разрушаването. Консумацията на енергия е няколко пъти по-ниска (в зависимост от дебелината на леда) в сравнение с ледоразбивачите и ледоразбиващите приспособления. Този метод за разрушаване на леда е известен като резонансния метод за разрушаване на леда. Ученият Виктор Михайлович Козин получи експериментални теоретични криви, които показват възможностите на неговия метод.

Бележки

Вижте също

литература

• Ричардсън LF(1922), Прогнозиране на времето чрез числен процес, Кеймбридж.
• Bretherton F.P.(1964), Резонансни взаимодействия между вълни. J. Fluid Mech., 20, 457-472.
• Бломберген Н.Нелинейна оптика, М.: Мир, 1965. - 424 с.
• Захаров В. Е.(1974), Хамилтонов формализъм за вълни в нелинейна среда с дисперсия, Изв. университети на СССР. Радиофизика, 17(4), 431-453.
• Арнолд V.I.Загуба на стабилност на собствените трептения в близост до резонанси, Нелинейни вълни, Изд. А. В. Гапонов-Грехове. - М.: Наука, 1979. С. 116-131.
• Kaup PJ, Reiman A и Bers A(1979), Пространствено-времева еволюция на нелинейни тривълнови взаимодействия. Взаимодействия в хомогенна среда, Rev. на съвременната физика, 51 (2), 275-309.
• Хакен Х(1983), Разширена синергетика. Нестабилни йерархии на самоорганизиращи се системи и устройства, Берлин, Springer-Verlag.
• Phillips O.M.Взаимодействие на вълните. Еволюция на идеите, Съвременна хидродинамика. Успехи и проблеми. - М.: Мир, 1984. - С. 297-314.
• Журавлев В. Ф., Климов Д. М.Приложни методи в теорията на трептенията. - М.: Наука, 1988.
• Сухоруков A.P.Нелинейни вълнови взаимодействия в оптиката и радиофизиката. - М.: Наука, 1988. - 232 с.
• Бруно А. Д.Ограничен проблем с трите тела. - М.: Наука, 1990.

Връзки

• Демонстрация на явлението резонанс на примера на принудителни трептения на пружинно махало

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "Резонанс" в други речници:

- (френски резонанс, от латински resono звуча в отговор, отговарям), относително голям селективен (селективен) отговор на осцилаторна система (осцилатор) към периодичен. въздействие с честота, близка до собствената честота. флуктуации. С Р...... Физическа енциклопедия

- (фр., от лат. resonare да се чува). В акустиката: условия за пълно разпространение на звука. Дъска, използвана за усилване на звучността на струните в музикалните инструменти. Речник на чужди думи, включени в руския език. Чудинов А.Н., 1910 г. ... ... Речник на чужди думи на руския език

Резонанс- Резонанс: резонансни криви на линейни осцилатори при различни качествени фактори Q(Q3>Q2>Q1), x интензитет на трептене; b зависимост на фазата от честотата при резонанс. РЕЗОНАНС (френски резонанс, от лат. resono отговарям), остър ... ... Илюстриран енциклопедичен речник

РЕЗОНАНС, резонанс, мн.ч. не, съпруг. (от лат. resonans даващ ехо). 1. Реципрочно звучене на едно от двете тела, настроени в унисон (физически). 2. Възможността за увеличаване на силата и продължителността на звука, присъщи на помещенията, вътрешната повърхност ... ... Тълковен речник на Ушаков

Ехо, резонон, мезомеризъм, реакция, адрон, частица, ехо Речник на руските синоними. резонанс, вижте отговор Речник на синонимите на руския език. Практическо ръководство. М.: Руски език. З. Е. Александрова. 2… Синонимен речник

MBOU Lokotskaya СОУ № 1 на име. П.А.Маркова

Тема на изследване:

"Резонанс в природата и технологиите"

Изпълнено:

ученик от 10 клас

Костюков Сергей

Ръководител:

Учител по физика

Головнева Ирина

Александровна

"Започнете в науката"

Лакът 2013

Какво е резонанс?

Вреда и полза от резонанса.

Примери за резонанс.

История на откритията.

електрически резонанс.

Прилагане на електрически резонанс.

Резонанс в механиката, електротехниката, микровълновата печка,

акустика, оптика и астрофизика.

Целта на проектае изследване на явлението резонанс.

Уместността на проекта.

Феноменът резонанс е от голямо значение за почти всички приложни клонове на електротехниката и се използва много активно в радиотехниката, в приложната акустика, в електротехниката, електрониката и други индустрии.

За постигане на целта бяха поставени следните задачи:

Анализирайте специализираната литература по тази тема.

Разгледайте историята на резонанса.

Да се ​​разкрие същността на явлението резонанс.

Покажете използването на явлението резонанс в различни клонове на техниката.

Теоретична част.

Резонанс- феноменът на рязко увеличаване на амплитудата на принудителни трептения, което възниква, когато честотата на външното действие се приближи до определени стойности (резонансни честоти),

се определя от свойствата на системата.

Увеличаването на амплитудата е само следствие от резонанса, а причината е съвпадението на външната (възбуждаща) честота с вътрешната (естествена) честота на осцилаторната система.

С помощта на резонансния феномен могат да бъдат изолирани и усилени дори много слаби периодични трептения.

Резонансът е явлението, при което при определена честота на движещата сила осцилаторната система е особено чувствителна на действието на тази сила. Степента на отзивчивост в теорията на колебанията се описва с количество, наречено качествен фактор.

Употреба:

Разтваряне на мляко на прах във вода.

Резонатори в музикални инструменти.

Магнитно резонансно изображение на тялото.

Люлка за люлка.

Разклащане на езика на камбаната.

Резонансни брави и ключове.

Вреди:

Разрушаване на конструкции.

Прекъсване на проводника.

Пръскане на вода от кофа.

Люлеене на автомобила в кръстовището на релсите.

Вибрации в тръбопроводите.

Люлеене на товар върху кран.

Разрушаването на моста в резултат на това, че той е марширувал.

Резонанс на моста под действието на периодични удари при преминаване на влака през релсовите връзки.

Някои скорошни обстоятелства направиха възможно да се възприемат скалните изблици като лабораторен модел на естествени земетресения. Тоест да приемем, че естествените земетресения също имат резонансен произход.

Има случаи, когато цели кораби са влизали в резонанс при определен брой обороти на витлото.

Феноменът на резонанса е описан за първи път от Галилео Галилей през 1602 г. в произведения, посветени на изучаването на махалата и музикалните струни.

Приложение на явлението електрически резонанс в техниката.

Ако честотата ω на външната сила се доближи до собствената честота ω0, има рязко увеличаване на амплитудата на принудителните трептения. Това явление се нарича резонанс. Зависимостта на амплитудата xm на принудителните трептения от честотата ω на движещата сила се нарича резонансна характеристика или резонансна крива (фиг. 2).

При резонанс амплитудата xm на трептене на товара може да бъде многократно по-голяма от амплитудата ym на трептене на свободния (левия) край на пружината, причинено от външно влияние. При липса на триене амплитудата на принудителните трептения при резонанс трябва да се увеличава неограничено. В реални условия амплитудата на стационарните принудителни трептения се определя от условието: работата на външна сила през периода на трептения трябва да бъде равна на загубата на механична енергия за същото време поради триене. Колкото по-ниско е триенето (т.е., колкото по-висок е качественият фактор Q на осцилаторната система), толкова по-голяма е амплитудата на принудителното трептене при резонанс.

За осцилаторни системи с не много висок качествен фактор (

Явлението резонанс може да причини разрушаване на мостове, сгради и други конструкции, ако собствените честоти на техните трептения съвпадат с честотата на периодично действаща сила, която е възникнала например поради въртенето на небалансиран двигател.

Фигура 2.

Резонансни криви при различни нива на затихване: 1 – осцилаторна система без триене; при резонанс амплитудата xm на принудителните трептения нараства неограничено; 2, 3, 4 - реални резонансни криви за осцилаторни системи с различни качествени фактори: Q2 Q3 Q4. При ниски честоти (ω ω0) xm → 0.

електрически резонанс.

Феноменът на увеличаване на амплитудата на токовите трептения, когато честотата на външен източник съвпада с естествената честота на електрическа верига, се нарича електрически резонанс.

Феноменът на електрическия резонанс играе полезна роля при настройването на радиоприемника към желаната радиостанция, като променя стойностите на индуктивността и капацитета, е възможно да се гарантира, че естествената честота на осцилаторната верига съвпада с честотата на електромагнитните вълни, излъчвани от която и да е радиостанция. В резултат на това във веригата ще се появят резонансни малки. Това ще настрои радиото на желаната станция.

Друга особеност на електрическия резонанс е възможността за използването му в двигатели с активни постоянни магнити. Тъй като управляващият електромагнит периодично променя полярността, т.е. захранвани от променлив ток, електромагнитите могат да бъдат включени в осцилаторната верига с капацитет.

Свързването на електромагнитите може да бъде серийно, паралелно или комбинирано, като капацитетът се избира според резонанса при работната честота на двигателя, докато средната стойност на тока през електромагнитите ще бъде голяма, а външното захранване на ток ще компенсира основно активни загуби. Очевидно този режим на работа ще бъде най-привлекателният от гледна точка на ефективността, а двигателят в този случай ще се нарича магнитен резонансен степер.

механика.

Механичната резонансна система, най-известна на повечето хора, е обичайната люлка. Ако натиснете люлеенето според резонансната му честота, обхватът на движение ще се увеличи, в противен случай движението ще изчезне.

Резонансните явления могат да причинят необратими повреди в различни механични системи. Работата на механичните резонатори се основава на преобразуването на потенциалната енергия в кинетична енергия.

низ.

Струните на инструменти като лютня, китара, цигулка или пиано имат основна резонансна честота, която е пряко свързана с дължината, масата и напрежението на струната. Увеличаването на напрежението на струната и намаляването на нейната маса (дебелина) и дължина увеличава нейната резонансна честота. Честотите обаче не са хармонични вибрации, които се възприемат като музикални ноти.

електроника.

В електронните устройства резонансът възниква при определена честота, когато индуктивните и капацитивните компоненти на реакцията на системата са балансирани, което позволява на енергията да циркулира между магнитното поле на индуктивния елемент и електрическото поле на кондензатора.

Резонансният механизъм е, че магнитното поле на индуктора генерира електрически ток, който зарежда кондензатора, а разреждането на кондензатора създава магнитно поле в

повтаря се многократно, по аналогия с механично махало.

В микровълновата електроника широко се използват резонатори с кухини, най-често с цилиндрична или тороидална геометрия с размери от порядъка на дължината на вълната, при които са възможни висококачествени трептения на електромагнитното поле при индивидуални честоти, определени от граничните условия.

Оптика.

В оптичния диапазон най-често срещаният тип резонатор е резонаторът на Фабри-Перо, образуван от

двойка огледала, между които се установява стояща вълна в резонанс. Видове оптични резонатори тип Фабри-Перо:

1. Плано – успоредно;

2. Концентричен (сферичен);

3. Полусферичен;

4. Конфокални;

5. Изпъкнал-вдлъбнат.

Акустика.

Резонансните явления могат да се наблюдават при механични вибрации с всякаква честота, по-специално при звукови вибрации. Имаме пример за звук или акустичен резонанс в следващия експеримент.

Нека поставим две еднакви камертони една до друга, като завъртим дупките на кутиите, на които са монтирани един към друг (фиг. 40). Кутиите са необходими, защото усилват звука на камертоните. Това се дължи на резонанса между камертона и колоната въздух, съдържащ се в кутията; следователно кутиите се наричат ​​резонатори или резонансни кутии. По-долу ще обясним по-подробно работата на тези кутии, когато изучаваме разпространението на звукови вълни във въздуха. В експеримента, който сега ще анализираме, ролята на кутиите е чисто спомагателна.

Ориз. 40. Резонанс на камертони

Да ударим един от камертоните и след това да го заглушим с пръсти. Ще чуем звука на втория камертон.

Да вземем два различни камертона, тоест с различна височина, и да повторим експеримента. Сега всеки от камертоните вече няма да реагира на звука на друг камертон.

Не е трудно да се обясни този резултат. Трептенията на един камертон (1) въздействат във въздуха с известна сила върху втория камертон (2), като го карат да извършва принудителни трептения. Тъй като камертонът 1 извършва хармонично трептене, силата, действаща върху камертон 2, ще се промени според закона за хармоничното трептене с честотата на камертона 1. Ако честотата на силата е същата като собствената честота на камертон 2 , тогава има резонанс - камертонът 2 се люлее силно. Ако честотата на силата е различна, тогава принудителните трептения на камертона 2 ще бъдат толкова слаби, че няма да ги чуем.

Тъй като камертоните имат много малко затихване, техният резонанс е рязък (§ 14). Следователно дори малка разлика между честотите на камертоните води до факта, че единият престава да реагира на трептенията на другия. Достатъчно е например да залепите парчета пластилин или восък към крачетата на един от два еднакви камертона и камертоните вече ще не са в тон, няма да има резонанс.

Виждаме, че всички явления по време на принудителни вибрации се случват с камертоните по същия начин, както при опитите с принудителни вибрации на товар върху пружина (§ 12).

Ако звукът е нота (периодична вибрация), но не е тон (хармонична вибрация), това означава, както знаем, че се състои от сбора от тонове: най-ниския (основен) и обертонов. Камертонът трябва да резонира с такъв звук винаги, когато честотата на камертона съвпада с честотата на някоя от хармониците на звука. Може да се направи експеримент с опростена сирена и камертон, като се постави отворът на резонатора на камертона срещу прекъсващ въздушен поток. Ако честотата на камертона е , тогава, както лесно можете да видите, той ще реагира на звука на сирената не само при 300 прекъсвания в секунда (резонанс на основния тон на сирената), но и при 150 прекъсвания - резонанс към първия обертон на сирената, а при 100 прекъсвания - резонанс на втория обертон и т.н.

Не е трудно да се възпроизведе със звукови вибрации експеримент, аналогичен на експеримента с набор от махала (§ 16). За да направите това, трябва само да имате набор от звукови резонатори - камертони, струни, тръби за орган. Очевидно струните на роял или пиано образуват точно такъв и освен това много обширен набор от осцилаторни системи с различни естествени честоти. Ако, като отворихме пианото и натиснахме педала, изпеем някоя нота високо над струните, ще чуем как инструментът реагира със звук със същата височина и подобен тембър. И тук нашият глас създава периодична сила във въздуха, действаща върху всички струни. Отговарят обаче само онези от тях, които са в резонанс с хармонични вибрации – основните и обертонове, които са част от нотата, която изпяхме.

Така експериментите с акустичен резонанс могат да послужат като отлична илюстрация на валидността на теоремата на Фурие.

Резонансът е един от най-важните физически процеси, използвани при проектирането на звукови устройства, повечето от които съдържат резонатори, като струните и тялото на цигулка, тръбата на флейта, тялото на барабаните.

Инфразвукът с висока интензивност, който води до резонанс, поради съвпадението на честотите на вибрациите на вътрешните органи и инфразвука, води до нарушаване на работата на почти всички вътрешни органи, смъртта е възможна поради спиране на сърцето или разкъсване на кръвоносните съдове. Трябва да се вземат специални предпазни мерки срещу появата на звукови вибрации със следните честоти, тъй като съвпадението на честотите води до резонанс:

Естествени (резонансни) честоти на някои части на човешкото тяло

20-30 Hz
резонанс на главата
40-100 Hz
очен резонанс
0.5-13 Hz
резонанс на вестибуларния апарат
4-6 Hz
сърдечен резонанс
2-3 Hz
стомашен резонанс
2-4 Hz
резонанс на червата
6-8 Hz
бъбречен резонанс
2-5 Hz
резонанс на ръката
5-7 Hz
предизвиква страх и паника

астрофизика.

Орбиталният резонанс в небесната механика е ситуация, при която две (или повече) небесни тела имат орбитални периоди, които са свързани като малки естествени числа. В резултат на това тези небесни тела упражняват редовна гравитация

влияние един върху друг, което може да стабилизира орбитите им.

Обществен отговор.

Общественият резонанс е реакцията на много хора (възмущение, вълнение, отговори и т.н.) на определени действия (информация, поведение, изявления и т.н.) на някого или нещо. Общественият протест може да бъде предизвикан изкуствено чрез привличане на общественото внимание към определено социално или политическо събитие от медиите.

Освен това общественият резонанс се използва от определени групи за оказване на натиск върху съдебната, изпълнителната и законодателната власт, правителството, обществените организации и политическите партии.

Заключение.

В резултат на създаването на проекта направих много изследователска работа, насочена към изучаване на феномена резонанс: работа с научна литература, гледане на видеоклипове, интервюиране на ученици от 10 клас. По време на работата установих, че феноменът резонанс е много важно физическо явление за хората и се използва в много клонове на науката и технологиите. Но наред с ползите, резонансът може да причини и вреда.

Проектът може да се използва като допълнителен материал при изучаване на тема "Резонанс" в 9 и 11 клас.

Списък на използваната литература:

en.wikipedia.org

1. mirslovarei.com - какво е обществен протест (материал от политическия речник)

4. М. Приложни методи в теорията на трептенията. - М.: Наука, 1988.

5. Универсален справочник, С.Ю. Курганов, Н.А. Гърдимова - М.: Ексмо, 2011.