Milyen előnyökkel és ártalmakkal jár a rezonancia. Blog "otthoni kezelés"

A rezonancia során az energia a benne lévő rezgésekkel összhangban lép be a rendszerbe, folyamatosan növelve azok amplitúdóját. Álló üzemmódban az oszcilláció nagy amplitúdóját kis energiabevitel tartja fenn a rendszerbe, amelyek egy periódus alatt pótolják az oszcillációs energia veszteségeket (vezetők felmelegedése, ellenállási erők leküzdése, elektromágneses és mechanikai hullámok kisugárzásából adódó veszteségek). A rezonanciás rendszerben a legkedvezőbb feltételek teremtődnek meg a rendszerben rejlő szabad csillapítatlan rezgések megvalósulásához, ezért a rezgések amplitúdója meredeken megnő.

Nézzünk néhány példát a rezonancia megnyilvánulására a természetben.

1. példa. A katonák menetléptekben haladnak a hídon, a híd felületén a lábütések gyakorisága egybeeshet a híd, mint rezgésrendszer természetes frekvenciájával, rezonanciajelenség lép fel, melyben a hídlengés amplitúdója fokozatosan növekszik, ill. , nagy számértékek esetén a tönkremeneteléhez vezethet.

2. példa. A ventilátor rosszul van rögzítve a mennyezethez és forgása során lökéseket kelt a mennyezeten, melynek frekvenciája egybeeshet a helyiség (mennyezet) mint rezgőrendszer sajátfrekvenciájával, megnő a mennyezeti rezgések amplitúdója és vezethet annak összeomlására.

3. példa. A hajókon lévő eszközöket a lehető legnehezebbre készítik (az állványokat nehézkessé teszik), és puha rugókra függesztik (a merevségi együttható kicsi lesz). Ebben az esetben a hajó dőlési frekvenciája nagyobb lesz, mint a természetes rezgési frekvencia (
) eszközöket a rugókon, és ezért nem lép fel rezonancia.

4. példa. A rádióvevőkben a rezonancia jelensége alapján lehetőség van a vevőantennájára érkező, különböző rádióállomások nagyszámú jeléből a kívánt jel kiválasztására (5.23. ábra, a). Hagyja, hogy a rádióvevő bemenete kis amplitúdójú, különböző vivőfrekvenciájú jeleket fogadjon

Vivőfrekvenciás jel leválasztása , szükséges a frekvenciaegyenlőség elérése a vevőkör és a frekvencia saját csillapítatlan rezgései (=). Ekkor a rezonancia jelensége miatt a jel amplitúdója frekvenciával a kondenzátor kimenetén meredeken növekszik, és a fennmaradó jelek amplitúdója változatlan marad (5.23. ábra, b a rezonanciagörbe folytonos vonalát mutatja, amelynek maximuma a frekvenciára esik )

és így egy vivőfrekvenciájú jel le van izolálva . A kondenzátor kapacitásának változtatásával az antenna vevő áramkörét a vivőfrekvenciára hangolhatja (5.22. b ábrán a rezonanciagörbe csúcsa a frekvenciára tolódik el ).

1. Nemlineáris rendszerek. Önrezgések

1. Nemlineáris rendszerek. Alatt nemlineáris rendszerekértsenek olyan oszcillációs rendszereket, amelyek tulajdonságai a bennük zajló folyamatoktól függenek. Az ilyen rendszerekben nemlineáris összefüggések vannak, például: 1) a rugalmas erő között és offset terhelés az egyensúlyi helyzethez viszonyítva. Ez a Hooke-törvény megsértéséhez és az együttható függéséhez vezet nak nek rendszer merevsége az elmozdulásból , ami megváltoztatja a természetes frekvenciát rendszer oszcillációi; 2) a kondenzátor elektromos töltései és az általuk létrehozott térerősség (a kondenzátor lemezei közötti ferroelektromos elektromos tér hatására megváltoztatja a dielektromos állandóját, és ezáltal a kondenzátor kapacitásának változásához vezet a feszültség függvényében áramkörbe táplálva, vagyis az áramkör saját rezgési frekvenciájának megváltozására ) stb.

Minden fizikai rendszer nemlineáris rendszer. Kis oszcillációs amplitúdóknál (az egyensúlyi helyzettől való kis eltérések esetén) a fizikai rendszerek lineárisnak tekinthetők, a bennük lévő rezgéseket ugyanazok a differenciálegyenletek írják le, ami lehetővé teszi az oszcilláció általános elméletének felépítését.

A nemlineáris hatások a fizikai rendszerekben általában a rezgések amplitúdójának növekedésével nyilvánulnak meg - ez oda vezet, hogy a rendszer (oszcillátor) természetes rezgései többé nem lesznek harmonikusak, és frekvenciájuk az oszcillációk amplitúdójától függ. A mozgásegyenletek nemlineárisak, és az ilyen rendszereket anharmonikus oszcillátoroknak nevezik (lásd 5.5. §).

Valójában például a potenciálmező kis eltérései esetén a parabola alaktól () az oszcillációk differenciálegyenlete a következő lesz

,

A felírt differenciálegyenletből látható, hogy a merevségi együttható függ az oszcillációs amplitúdótól, ami a rendszer szabad csillapítatlan rezgéseinek szögfrekvenciájának a rezgési amplitúdótól való függéséhez vezet.
.

A lineáris viselkedéstől való nagy eltérések esetén a függőség
bonyolultabbá válik, ezért a rendszer rezgéseit leíró egyenletek bonyolultabbá válnak.

A nemlineáris rendszerek esetében a lineáris rendszerekkel ellentétben a szuperpozíció elve sérül, amely szerint egy összetett expozíciós folyamatból eredő hatás az egyes hatások által külön-külön okozott hatások összege, feltéve, hogy az utóbbiak kölcsönösen nem befolyásolják egymást.

A nemlineáris rendszerek harmonikus külső hatásának változása és a szuperpozíció elvének megsértése lehetővé teszi az elektromágneses rezgések frekvenciájának generálását és átalakítását az ilyen rendszerek segítségével - egyenirányítás, frekvenciaszorzás, oszcilláció moduláció stb.

A rezonancia egy ilyen nemlineáris rendszerben abban különbözik, hogy az oszcillátor külső erő hatására történő felépítése során a detuning érték (
) a frekvencia szerint változik az oszcillációk amplitúdójától függ.

2. Önoszcilláló rendszerek. Tekintsük részletesebben a nemlineáris rendszerek egyik példáját - az önoszcilláló rendszereket.

A rezonáns jelenségek alkalmazásának előnye a hatékonyságuk és a nagy lengési amplitúdójuk. Hátránya a rendszer instabilitása, amely a rezonancia állapotának nagy pontosságú fenntartásának szükségességével jár (
), mivel a külső hatás frekvenciájának bármilyen eltérése a szűk rezonanciagörbével rendelkező rezonanciafrekvenciától élesen megváltoztatja a rendszer rezgésének amplitúdóját (5.17. ábra, a, b).

Az ilyen nemkívánatos jelenségek elkerülése érdekében magát a rendszert is rákényszeríthetjük ennek a rezonanciaállapotnak a fenntartására, az ilyen rendszer önoszcilláló rendszer. Önoszcilláló rendszer A nemlineáris oszcillációs rendszerek azon csoportjára utal, amelyekben a disszipatív veszteségeket egy külső állandó forrásból származó energia beáramlása miatt kompenzálják. Ugyanakkor a rendszer maga szabályozza a rendszer energiaellátását, megfelelő időben, megfelelő mennyiségben ellátva azt.

Az önoszcilláló rendszer egy oszcillációs rendszerből, egy energiaforrásból és egy szelepből áll - egy olyan eszközből, amely szabályozza a rendszer energiaellátását. A szelep működését maga a rendszer szabályozza visszacsatolás segítségével (5.24. ábra, a)

Példaként az önrezgő rendszerre egy olyan rendszert említhetünk, amely két rugóra kapcsolt, fémrúdon rezgő terhelésből áll (5.24. ábra, b). Az elektromágnes segítségével minden rezgési periódusban egyenáramú forrás növeli a terhelés kinetikus energiáját, pótolja az oszcillációs energia veszteségét, hogy legyőzze az ellenállási erőket.

Ez a következő módon történik. Mozgása során a terhelésre erősített fémlemez érinti a megszakító érintkezőjét (szelep szerepét tölti be), az elektromos áramkör bezárul és az elektromágnes magához vonzza a lemezt, miközben további sebességet ad a terhelésnek. Így csillapítatlan rezgések keletkeznek a rendszerben olyan frekvencián
nagy amplitúdójú, mely a megszakító érintkező helyzetének változtatásával állítható.

Az önoszcilláló rendszerek példái a fúvós és meghajolt hangszerek, a hangszalagok beszélgetés közbeni rezgései és a mechanikus órák. A természetben önoszcilláló rendszerre példa egy atomreaktor, amely 2,5 milliárd évvel ezelőtt 500 000 évig működött egy afrikai uránbányában. Működéséhez elegendő mennyiségű urán-235-re volt szükség, amely lassú neutronok hatására osztódik, és egy neutronmoderátorra - vízre. Egy bizonyos időpontban elegendő mennyiségű víz gyűlt össze, és a reaktor működni kezdett. Munkáját az ábrán látható folyamatok láncolata támogatta. 5.25:

Egy ilyen önoszcilláló rendszer egészen addig működött, amíg a nukleáris üzemanyag ki nem égett. Itt az energiaforrás az U-235 atommagok hasadása, a vízhőmérséklet változása szelepként szolgál, az oszcilláló rendszer pedig a víz, melynek szintje ingadozik.

A rezonancia (válasz) fogalmának meghatározása a fizikában olyan speciális technikusokhoz van rendelve, akik statisztikai grafikonokkal rendelkeznek, amelyek gyakran találkoznak ezzel a jelenséggel. Ma a rezonancia egy frekvencia-szelektív válasz, amikor egy rezgésrendszer vagy egy külső erő erőteljes növekedése egy másik rendszert arra kényszerít, hogy bizonyos frekvenciákon nagyobb amplitúdóval oszcilláljon.

Működési elve

Ez a jelenség megfigyelhető amikor a rendszer képes energiát tárolni és könnyen átvinni két vagy több különböző tárolási mód, például kinetikus és potenciális energia között. Azonban ciklusról ciklusra van némi veszteség, amelyet csillapításnak neveznek. Ha a csillapítás elhanyagolható, a rezonanciafrekvencia megközelítőleg megegyezik a rendszer sajátfrekvenciájával, amely a nem kényszerített rezgések frekvenciája.

Ezek a jelenségek minden típusú oszcillációnál vagy hullámnál előfordulnak: mechanikai, akusztikus, elektromágneses, magmágneses (NMR), elektronikus spin (EPR) és kvantumhullámfüggvények rezonanciája. Az ilyen rendszerek bizonyos frekvenciájú rezgések generálására használhatók (például hangszerek).

A "rezonancia" kifejezés (a latin resonantia, "echo" szóból) az akusztika területéről származik, különösen a hangszereknél figyelhető meg, például amikor a húrok rezegni kezdenek és hangot adnak ki anélkül, hogy a játékos közvetlenül befolyásolná őket.

Ember lökése hintán gyakori példa erre a jelenségre. Terhelt lengés, az ingának természetes rezgési frekvenciája és rezonanciafrekvenciája van, amely ellenáll a gyorsabb vagy lassabb lökésének.

Példa erre a lövedékek lengése a játszótéren, amely ingaként működik. Ha egy személyt lengés közben a természetes lengési időközönként megnyomunk, az egyre magasabbra ugrik (maximális amplitúdó), míg a gyorsabb vagy lassabb lendítési kísérletek kisebb íveket hoznak létre. Ennek az az oka, hogy a rezgések által elnyelt energia növekszik, ha az ütések megegyeznek a természetes rezgésekkel.

A válasz széles körben megtalálható a természetbenés számos mesterséges eszközben használják. Ez az a mechanizmus, amellyel gyakorlatilag minden szinuszhullám és rezgés keletkezik. Sok hangot hallunk, például amikor fémből, üvegből vagy fából készült kemény tárgyakat ütnek be, a tárgy rövid rezgései okozzák. A fényt és más rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzást atomi léptékű rezonancia hozza létre, például elektronok az atomokban. Egyéb feltételek, amelyekben a jelenség előnyös tulajdonságai alkalmazhatók:

• Modern órák időmérő mechanizmusai, mechanikus órákban kiegyensúlyozó kerék, órákban kvarckristály.
• A Fundy-öböl árapály-válasza.
• Hangszerek és az emberi hangrendszer akusztikus rezonanciái.
• Egy kristályüveg megsemmisítése a zenei helyes hangnem hatására.
• A súrlódó idiofonok, például az üvegtárgy (üveg, üveg, váza) készítése, rezegnek, ha ujjbeggyel dörzsölik a szélét.
• A rádiófrekvenciák szelektív vételét lehetővé tevő behangolt áramkörök elektromos válasza rádiókban és televíziókban.
• Koherens fény létrehozása optikai rezonanciával lézerüregben.
• Orbitális válaszreakció, amelyet a Naprendszer gázóriásainak néhány holdja példáz.

Anyagrezonanciák atomi léptékben számos spektroszkópiai módszer alapját képezik, amelyeket a kondenzált anyag fizikában használnak, például:

• Elektronikus centrifugálás.
• Mossbauer hatás.
• Nukleáris mágneses.

A jelenség típusai

A rezonancia leírása során G. Galileo csak a legjelentősebb dologra hívta fel a figyelmet - egy mechanikus oszcillációs rendszer (egy nehéz inga) azon képességére, hogy felhalmozza az energiát, amelyet egy külső forrásból bizonyos frekvenciával szállítanak. A rezonancia megnyilvánulásai különböző rendszerekben bizonyos jellemzőkkel rendelkeznek, ezért megkülönböztetik a különböző típusait.

Mechanikai és akusztikus

Ez egy mechanikai rendszer azon tendenciája, hogy több energiát nyeljen el, ha rezgési frekvenciája megegyezik a rendszer természetes rezgésfrekvenciájával. Ez súlyos forgalmi ingadozásokhoz, sőt katasztrofális meghibásodásokhoz vezethet a befejezetlen építményekben, beleértve a hidakat, épületeket, vonatokat és repülőgépeket. Az objektumok tervezése során a mérnököknek gondoskodniuk kell arról, hogy az alkatrészek mechanikai rezonanciafrekvenciái ne egyezzenek a motorok vagy más oszcilláló alkatrészek rezgési frekvenciáival, hogy elkerüljék a rezonanciazavarként ismert jelenséget.

elektromos rezonancia

Egy elektromos áramkörben egy bizonyos rezonanciafrekvencián fordul elő, ha az áramkör impedanciája soros áramkörben a minimumon, párhuzamos áramkörben a maximumon van. Az áramkörökben lévő rezonanciát vezeték nélküli kommunikáció, például televízió-, mobil- vagy rádiókommunikáció továbbítására és fogadására használják.

Optikai rezonancia

Az optikai üreg, más néven optikai üreg, a tükrök speciális elrendezése, amely kialakul állóhullám-rezonátor fényhullámokhoz. Az optikai üregek a lézerek fő alkotóelemei, amelyek körülveszik az erősítő közeget, és visszacsatolják a lézersugárzást. Optikai parametrikus oszcillátorokban és egyes interferométerekben is használják.

Az üregbe zárt fény bizonyos rezonanciafrekvenciákon ismételten reprodukálja az állóhullámokat. Az így létrejövő állóhullám-mintázatokat "módoknak" nevezzük. A longitudinális módusok csak a frekvenciában különböznek, míg a keresztirányú módok különböző frekvenciák esetén, és eltérő intenzitási mintázattal rendelkeznek a nyaláb keresztmetszetében. A gyűrűrezonátorok és a suttogó galériák olyan optikai rezonátorok példái, amelyek nem keltenek állóhullámokat.

Orbitális ingadozások

Az űrmechanikában orbitális válasz lép fel, amikor két keringő test szabályos, periodikus gravitációs hatást fejt ki egymásra. Ennek általában az az oka, hogy keringési periódusukat két kis egész szám aránya köti össze. Az orbitális rezonanciák nagymértékben fokozzák a testek kölcsönös gravitációs hatását. Ez a legtöbb esetben instabil kölcsönhatást eredményez, amelyben a testek lendületet és elmozdulást cserélnek addig, amíg a rezonancia megszűnik.

Bizonyos körülmények között a rezonanciarendszer stabil és önkorrigáló lehet, így a testek rezonanciában maradnak. Ilyen például a Jupiter Ganymedes, Europa és Io holdjainak 1:2:4-es rezonanciája, valamint a Plútó és a Neptunusz 2:3-as rezonanciája. A Szaturnusz belső holdjaival kialakuló instabil rezonanciák réseket hoznak létre a Szaturnusz gyűrűiben. Az 1:1 arányú rezonancia speciális esete (hasonló pályasugarú testek között) a Naprendszer nagy testeit megtisztítja pályájuk körül, és szinte mindent kiszorít körülöttük.

Atomi, részleges és molekuláris

Mágneses magrezonancia (NMR) Az atommag specifikus kvantummechanikai mágneses tulajdonságainak megfigyeléséhez kapcsolódó fizikai rezonancia jelenség elnevezése, ha külső mágneses tér van jelen. Számos tudományos módszer alkalmaz NMR-jelenségeket a molekuláris fizika, a kristályok és a nem kristályos anyagok tanulmányozására. Az NMR-t gyakran használják a modern orvosi képalkotó technikákban is, például a mágneses rezonancia képalkotásban (MRI).

A rezonancia előnyei és ártalmai

A rezonancia előnyeiről és hátrányairól való következtetés levonásához mérlegelni kell, hogy milyen esetekben nyilvánulhat meg a legaktívabban és legszembetűnőbben az emberi tevékenység számára.

Pozitív hatás

A válaszjelenséget széles körben alkalmazzák a tudományban és a technológiában.. Például számos rádiótechnikai áramkör és eszköz működése ezen a jelenségen alapul.

negatív hatás

A jelenség azonban nem mindig hasznos.. Gyakran találhatunk utalásokat olyan esetekre, amikor a függőhidak eltörtek, amikor a katonák "lépésben" mentek át rajtuk. Ugyanakkor utalnak a rezonancia hatásának rezonanciahatásának megnyilvánulására, az ellene való küzdelem nagyarányúvá válik.

Rezonancia elleni küzdelem

De a válaszhatás olykor katasztrofális következményei ellenére nagyon is lehetséges és szükséges küzdeni ellene. Ennek a jelenségnek a nemkívánatos előfordulásának elkerülése érdekében általában ezt használják kétféleképpen lehet egyszerre alkalmazni és kezelni a rezonanciát:

1. A frekvenciák "szétválasztása" történik, ami véletlen egybeesés esetén nemkívánatos következményekkel jár. Ehhez növelje a különböző mechanizmusok súrlódását, vagy változtassa meg a rendszer természetes frekvenciáját.
2. Növelik a rezgések csillapítását, például gumibetétre vagy rugókra helyezik a motort.

Mielőtt elkezdené megismerkedni a rezonancia jelenségeivel, tanulmányozza a hozzá kapcsolódó fizikai kifejezéseket. Nincs belőlük olyan sok, így nem lesz nehéz megjegyezni és megérteni a jelentésüket. Tehát először a dolgok.

Mekkora a mozgás amplitúdója és frekvenciája?

Képzeljünk el egy közönséges udvart, ahol egy gyerek ül egy hintán, és integet a lábával, hogy hintázzon. Abban a pillanatban, amikor sikerül meglendítenie a hintát, és egyik oldalról a másikra érnek, kiszámolhatja a mozgás amplitúdóját és frekvenciáját.

Az amplitúdó az eltérés legnagyobb hossza attól a ponttól, ahol a test egyensúlyban volt. Ha a mi példánkat hintáról vesszük, akkor az amplitúdó tekinthető a legmagasabb pontnak, amelyre a gyermek lendült.

A frekvencia pedig az oszcillációk vagy oszcilláló mozgások száma egységnyi idő alatt. A frekvenciát Hertzben mérik (1 Hz = 1 oszcilláció másodpercenként). Térjünk vissza a hintánkhoz: ha a gyerek 1 másodperc alatt a hinta teljes hosszának csak a felét adja át, akkor a frekvenciája 0,5 Hz lesz.

Hogyan kapcsolódik a frekvencia a rezonancia jelenségéhez?

Azt már kiderítettük, hogy a frekvencia jellemzi egy tárgy egy másodperc alatti rezgésének számát. Képzelje el most, hogy egy felnőtt segít egy gyengén hintázó gyereknek hintázni, újra és újra tolja a hintát. Ugyanakkor ezeknek a sokkoknak is megvan a saját frekvenciája, ami növeli vagy csökkenti a "swing-child" rendszer lengési amplitúdóját.

Tegyük fel, hogy egy felnőtt megnyomja a hintát abban az időben, amikor feléje mozog, és ebben az esetben a frekvencia nem növeli a mozgás amplitúdóját, vagyis külső erő (jelen esetben lökések) nem járul hozzá a mozgás erősítéséhez. a rendszer oszcillációja.

Ha az a frekvencia, amellyel egy felnőtt lengeti a gyermeket, számszerűen megegyezik magával a lengés frekvenciájával, rezonanciajelenség léphet fel. Más szavakkal, a rezonancia példája magának a rendszernek a frekvenciájának egybeesése a kényszerrezgések frekvenciájával. Logikus elképzelni, hogy a frekvencia és a rezonancia egymással összefügg.

Hol lehet példát látni a rezonanciára?

Fontos megérteni, hogy a rezonancia megnyilvánulásának példái a fizika szinte minden területén megtalálhatók, a hanghullámoktól az elektromosságig. A rezonancia jelentése az, hogy amikor a hajtóerő frekvenciája megegyezik a rendszer sajátfrekvenciájával, akkor abban a pillanatban éri el a legmagasabb értékét.

A rezonancia következő példája megérti a lényeget. Tegyük fel, hogy egy folyón átdobott vékony deszkán sétálsz. Amikor lépéseid gyakorisága egybeesik az egész rendszer frekvenciájával vagy periódusával (board-man), akkor a tábla erősen oszcillálni kezd (fel-le hajol). Ha továbbra is ugyanazokkal a lépésekkel halad, akkor a rezonancia erős amplitúdójú oszcillációt okoz a táblán, ami meghaladja a rendszer megengedett értékét, és ez végül a híd elkerülhetetlen meghibásodásához vezet.

Vannak a fizika olyan területei is, ahol hasznos rezonanciaként használhatunk ilyen jelenséget. A példák meglepőek lehetnek, mert általában intuitív módon használjuk, anélkül, hogy észrevennénk a kérdés tudományos oldalát. Így például rezonanciát használunk, amikor megpróbálunk kihúzni egy autót a gödörből. Ne feledje, hogy az eredmény elérésének legegyszerűbb módja az, ha előre tolja az autót a mozgása pillanatában. A rezonancia ezen példája felerősíti a mozgási tartományt, ezáltal segíti az autó húzását.

Példák a káros rezonanciára

Nehéz megmondani, hogy életünkben melyik rezonancia gyakoribb: jó vagy árt nekünk. A történelem számos félelmetes következményt ismer a rezonancia jelenségének. Itt vannak a leghíresebb események, amelyekben a rezonancia példája figyelhető meg.

1. Franciaországban, Angers városában 1750-ben katonák egy különítménye lépkedett át egy lánchídon. Amikor lépéseik frekvenciája egybeesett a híd frekvenciájával, az oszcilláció tartománya (amplitúdója) drámaian megnőtt. Rezonancia támadt, a láncok elszakadtak, és a híd a folyóba omlott.
2. Előfordult, hogy a falvakban egy ház tönkrement a főúton közlekedő teherautó miatt.

Mint látható, a rezonancia nagyon veszélyes következményekkel járhat, ezért a mérnököknek alaposan tanulmányozniuk kell az épülettárgyak tulajdonságait, és helyesen kell kiszámítaniuk rezgési frekvenciáikat.

Hasznos rezonancia

A rezonancia nem korlátozódik a szörnyű következményekre. A környező világ gondos tanulmányozásával sok jó és előnyös rezonancia eredményt figyelhetünk meg az ember számára. Íme egy élénk példa a rezonanciára, amely lehetővé teszi az emberek számára, hogy esztétikai élvezetben részesüljenek.

Számos hangszer készüléke a rezonancia elvén működik. Vegyünk egy hegedűt: a test és a húr egyetlen rezgőrendszert alkot, melynek belsejében egy tű található. Ezen keresztül jutnak el az oszcillációs frekvenciák a felső hangtábláról az alsóra. Amikor a luthier végighúzza az íjat a húr mentén, az utóbbi, mint egy nyíl, legyőzi a súrlódását a gyanta felületén, és az ellenkező irányba repül (az ellentétes területen kezd mozogni). Van egy rezonancia, amely átadódik a testnek. És benne vannak speciális lyukak - efs, amelyeken keresztül a rezonancia kikerül. Így vezérlik sok vonós hangszerben (gitár, hárfa, cselló stb.).

Külső hatás bizonyos értékekre (rezonancia frekvenciák), amelyeket a rendszer tulajdonságai határoznak meg. Az erősítés csak következmény rezonancia, és ok- a külső (gerjesztő) frekvencia egybeesése az oszcillációs rendszer belső (természetes) frekvenciájával. A rezonanciajelenség segítségével a nagyon gyenge periodikus rezgések is elkülöníthetők és/vagy fokozhatók. A rezonancia olyan jelenség, amelynél a hajtóerő bizonyos frekvenciájánál az oszcillációs rendszer különösen érzékeny ennek az erőnek a hatására. Az oszcillációelméletben a válaszkészség mértékét egy minőségi tényezőnek nevezett mennyiség írja le. A rezonancia jelenséget először Galileo Galilei írta le 1602-ben az ingák és a húrok tanulmányozásával foglalkozó munkáiban.

Mechanika

A legtöbb ember számára legismertebb mechanikus rezonanciarendszer egy közönséges hinta. Ha a hintát a rezonanciafrekvenciájának megfelelően tolja, megnő a mozgási tartomány, ellenkező esetben a mozgás elhal. Egy ilyen inga rezonanciafrekvenciája kellő pontossággal az egyensúlyi állapotból való kis elmozdulások tartományában a következő képlettel határozható meg:

A rezonancia mechanizmusa az, hogy az induktor mágneses tere elektromos áramot hoz létre, amely feltölti a kondenzátort, és a kondenzátor kisülése mágneses mezőt hoz létre az induktorban - ez a folyamat sokszor megismétlődik, a mechanikus ingával analóg módon.

Feltételezve, hogy a rezonancia pillanatában az impedancia induktív és kapacitív összetevői egyenlőek, a rezonanciafrekvencia a kifejezésből meghatározható.

ahol ; f a rezonancia frekvencia hertzben; L az induktivitás Henryben; C a kapacitás faradokban. Fontos, hogy a valós rendszerekben a rezonanciafrekvencia fogalma elválaszthatatlanul összefüggjön sávszélesség, vagyis az a frekvenciatartomány, amelyben a rendszer válasza alig különbözik a rezonanciafrekvencián adott választól. A sávszélességet a a rendszer minőségi tényezője.

mikrohullámú sütő

A mikrohullámú elektronikában széles körben alkalmazzák az üreges rezonátorokat, leggyakrabban hengeres vagy toroid geometriájú, hullámhossz-nagyságrendű méretekkel, amelyekben az elektromágneses tér jó minőségű oszcillációi lehetségesek a peremfeltételek által meghatározott egyedi frekvenciákon. A legmagasabb minőségi tényezővel a szupravezető rezonátorok, amelyek falai szupravezetőből készülnek, és a dielektromos rezonátorok suttogó galéria üzemmóddal.

Optika

Akusztika

A rezonancia az egyik legfontosabb fizikai folyamat, amelyet a hangeszközök tervezésénél használnak, amelyek többsége rezonátorokat tartalmaz, mint például a hegedű húrjait és testét, a fuvola sípját és a dob testét.

Asztrofizika

A keringési rezonancia az égi mechanikában olyan helyzet, amelyben két (vagy több) égitest keringési periódusai kis természetes számként kapcsolódnak egymáshoz. Ennek eredményeként ezek az égitestek szabályos gravitációs hatást fejtenek ki egymásra, ami stabilizálni tudja pályájukat.

A jégpusztítás rezonáns módszere

Ismeretes, hogy amikor egy rakomány a jégtakaró mentén mozog, a flexural gravitation hullámok (IGW) rendszere alakul ki. Ez egy jéglemez hajlító rezgésének és a vízben lévő gravitációs hullámoknak a kombinációja. Amikor a rakodási sebesség közel van az IGW-ből származó minimális fázissebességhez, a víz már nem támogatja a jégtakarót, és a tartást csak a jég rugalmas tulajdonságai biztosítják. Az IGW amplitúdója meredeken növekszik, és elegendő terhelés esetén a pusztulás megkezdődik. Az energiafogyasztás többszöröse (a jég vastagságától függően) a jégtörőkhöz és a jégtörő tartozékokhoz képest. A jégpusztításnak ezt a módszerét a jégpusztítás rezonáns módszereként ismerik Viktor Mihajlovics Kozin tudós kísérleti elméleti görbéket kapott, amelyek bemutatják módszerének lehetőségeit.

Megjegyzések

Lásd még

Irodalom

• Richardson LF(1922), Időjárás előrejelzés numerikus eljárással, Cambridge.
• Bretherton F.P.(1964), Rezonáns kölcsönhatások hullámok között. J. Fluid Mech., 20, 457-472.
• Blombergen N. Nemlineáris optika, M.: Mir, 1965. - 424 p.
• Zakharov V. E.(1974), Hamilton formalizmus hullámokra diszperziós nemlineáris közegekben, Izv. a Szovjetunió egyetemei. Radiofizika, 17(4), 431-453.
• Arnold V.I. Az önrezgések stabilitásának elvesztése rezonanciák közelében, Nonlinear Waves, Szerk. A. V. Gaponov-Bűnök. - M.: Nauka, 1979. S. 116-131.
• Kaup PJ, Reiman A és Bers A(1979), Nemlineáris háromhullámú kölcsönhatások tér-idő evolúciója. Kölcsönhatások homogén közegben, Fordulat. of Modern Phys, 51 (2), 275-309.
• Haken H(1983), Advanced Synergetics. Önszerveződő rendszerek és eszközök instabilitási hierarchiái, Berlin, Springer-Verlag.
• Phillips O.M. Hullámok kölcsönhatása. Ötletek evolúciója, Modern hidrodinamika. Sikerek és problémák. - M.: Mir, 1984. - S. 297-314.
• Zhuravlev V. F., Klimov D. M. Alkalmazott módszerek az oszcillációelméletben. - M.: Nauka, 1988.
• Sukhorukov A.P. Nemlineáris hullámkölcsönhatások az optikában és a radiofizikában. - M.: Nauka, 1988. - 232 p.
• Bruno A.D. Korlátozott három test probléma. - M.: Nauka, 1990.

Linkek

• A rezonancia jelenségének bemutatása rugóinga kényszerrezgésének példáján

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi a "rezonancia" más szótárakban:

- (francia rezonancia, latin resono szóból válaszolok, válaszolok), egy oszcillációs rendszer (oszcillátor) viszonylag nagy szelektív (szelektív) válasza periodikusra. hatást a saját frekvenciájához közeli gyakorisággal. ingadozások. R.-vel ...... Fizikai Enciklopédia

- (fr., lat. resonare szóból hallani). Az akusztikában: a hang teljes terjedésének feltételei. A hangszerek vonósainak hangzásának felerősítésére használt tábla. Az orosz nyelvben szereplő idegen szavak szótára. Chudinov A.N., 1910. ...... Orosz nyelv idegen szavak szótára

Rezonancia- Rezonancia: lineáris oszcillátorok rezonanciagörbéi különböző Q(Q3>Q2>Q1) minőségi tényezők mellett, x rezgés intenzitás; b a fázis függése a rezonancia frekvenciától. RESONANCIA (francia rezonancia, a latin resono szóból válaszolok), éles ... ... Illusztrált enciklopédikus szótár

RESONANCIA, rezonancia, pl. nem, férjem. (lat. visszhangot adó resonans-ból). 1. Két test egyikének reciprok hangzása egyhangúan hangolva (fizikai). 2. A helyiségekben rejlő hang erősségének és időtartamának növelésének képessége, a belső felület ... ... Usakov magyarázó szótára

Visszhang, rezonon, mezomerizmus, válasz, hadron, részecske, visszhang Orosz szinonimák szótára. rezonancia, lásd válasz Az orosz nyelv szinonimák szótára. Gyakorlati útmutató. M.: Orosz nyelv. Z. E. Alekszandrova. 2… Szinonima szótár

MBOU Lokotskaya 1. számú középiskola névadója. P.A.Markova

Kutatási téma:

"Rezonancia a természetben és a technológiában"

Teljesült:

10. osztályos tanuló

Kosztjukov Szergej

Felügyelő:

fizika tanár

Golovnyeva Irina

Alexandrovna

"Kezdd el a tudományban"

Könyök 2013

Mi a rezonancia?

A rezonancia kára és haszna.

Rezonancia példák.

A felfedezés története.

elektromos rezonancia.

Elektromos rezonancia alkalmazása.

Rezonancia a mechanikában, elektrotechnikában, mikrohullámú sütőben,

akusztika, optika és asztrofizika.

A projekt célja a rezonancia jelenségének tanulmányozása.

A projekt relevanciája.

A rezonancia jelenség nagy jelentőséggel bír az elektrotechnika szinte minden alkalmazott ágában, és nagyon aktívan használják a rádiótechnikában, az alkalmazott akusztikában, az elektrotechnikában, az elektronikában és más iparágakban.

A cél elérése érdekében a következő feladatokat tűztük ki:

Elemezze a témával kapcsolatos szakirodalmat.

Fedezze fel a rezonancia történetét.

Felfedni a rezonancia jelenségének lényegét.

Mutassa be a rezonancia jelenségének használatát a technológia különböző ágaiban!

Elméleti rész.

Rezonancia- az erőltetett rezgések amplitúdójának éles növekedésének jelensége, amely akkor fordul elő, amikor a külső hatás frekvenciája megközelít bizonyos értékeket (rezonanciafrekvenciák),

a rendszer tulajdonságai határozzák meg.

Az amplitúdó növekedése csak a rezonancia következménye, ennek oka pedig a külső (gerjesztő) frekvencia és az oszcillációs rendszer belső (természetes) frekvenciájának egybeesése.

A rezonanciajelenség segítségével a nagyon gyenge periodikus rezgések is elkülöníthetők és felerősíthetők.

A rezonancia az a jelenség, hogy a hajtóerő bizonyos frekvenciájánál az oszcillációs rendszer különösen érzékeny ennek az erőnek a hatására. Az oszcillációelméletben a válaszkészség mértékét a minőségi tényezőnek nevezett mennyiség írja le.

Használat:

Tejpor feloldása vízben.

Rezonátorok hangszerekben.

A test mágneses rezonancia képalkotása.

Swing hinta.

A harang nyelvének ringatása.

Rezonáns zárak és kulcsok.

Sérelem:

Szerkezetek megsemmisítése.

Vezetékszakadás.

Fröccsenő víz egy vödörből.

A kocsi ringatása a sínek találkozásánál.

Rezgések a csővezetékekben.

Rakomány lengetése darukon.

A híd megsemmisülése a menetelés következtében.

A híd rezonanciája időszakos ütések hatására, amikor a vonat áthalad a síncsuklókon.

Néhány közelmúltbeli körülmény lehetővé tette, hogy a sziklarobbanásokat a természetes földrengések laboratóriumi modelljeként tekintsék. Vagyis azt feltételezni, hogy a természetes földrengéseknek is van rezonáns eredete.

Vannak esetek, amikor egész hajók léptek rezonanciába a propellertengely bizonyos fordulatszámainál.

A rezonancia jelenségét először Galileo Galilei írta le 1602-ben az ingák és a húrok tanulmányozásával foglalkozó munkáiban.

Az elektromos rezonancia jelenségének alkalmazása a technikában.

Ha a külső erő ω frekvenciája megközelíti az ω0 sajátfrekvenciát, akkor a kényszerrezgések amplitúdója meredeken megnövekszik. Ezt a jelenséget rezonanciának nevezik. A kényszerrezgések xm amplitúdójának a hajtóerő ω frekvenciájától való függését rezonanciakarakterisztikának vagy rezonanciagörbének nevezzük (2. ábra).

Rezonanciánál a terhelés rezgésének xm amplitúdója sokszorosa lehet, mint a rugó szabad (bal) végének külső hatás által okozott lengés ym amplitúdója. Súrlódás hiányában a rezonancia kényszerrezgésének amplitúdója korlátlanul kell, hogy növekedjen. Valós körülmények között az állandósult állapotú kényszerrezgések amplitúdóját a feltétel határozza meg: a külső erő munkája a lengés periódusa alatt egyenlő kell legyen a súrlódásból adódó mechanikai energia veszteséggel. Minél kisebb a súrlódás (azaz minél nagyobb az oszcillációs rendszer Q minőségi tényezője), annál nagyobb a rezonancia kényszerrezgésének amplitúdója.

Nem túl magas minőségi tényezővel rendelkező oszcillációs rendszerekhez (

A rezonancia jelensége hidak, épületek és egyéb építmények tönkremenetelét okozhatja, ha azok lengésének sajátfrekvenciája egybeesik egy periodikusan ható erő frekvenciájával, amely például egy kiegyensúlyozatlan motor forgása miatt keletkezett.

2. ábra.

Rezonanciagörbék különböző csillapítási szinteken: 1 – súrlódás nélküli rezgőrendszer; rezonancián a kényszerrezgések xm amplitúdója korlátlanul növekszik; 2, 3, 4 - valós rezonanciagörbék különböző minőségi tényezőkkel rendelkező rezgőrendszerekhez: Q2 Q3 Q4. Alacsony frekvenciákon (ω ω0) xm → 0.

elektromos rezonancia.

Elektromos rezonanciának nevezzük azt a jelenséget, amikor az áramingadozások amplitúdója megnövekszik, amikor egy külső forrás frekvenciája egybeesik egy elektromos áramkör sajátfrekvenciájával.

Az elektromos rezonancia jelensége hasznos szerepet játszik abban, hogy a rádióvevőt a kívánt rádióállomásra hangoljuk, az induktivitás és a kapacitás értékének változtatásával biztosítható, hogy az oszcillációs áramkör sajátfrekvenciája egybeessen a frekvenciával. bármely rádióállomás által kibocsátott elektromágneses hullámok. Ennek eredményeként rezonáns kicsik jelennek meg az áramkörben. Ezzel a rádiót a kívánt állomásra hangolja.

Az elektromos rezonancia másik jellemzője az aktív állandó mágneses motorokban való felhasználás lehetősége. Mivel a vezérlő elektromágnes időszakosan változtatja a polaritást, pl. váltakozó árammal táplálva az oszcillációs áramkörbe elektromágneseket lehet beépíteni kapacitással.

Az elektromágnesek csatlakoztatása lehet soros, párhuzamos vagy kombinált, és a kapacitást a motor működési frekvenciáján lévő rezonancia szerint választják meg, miközben az elektromágneseken áthaladó áram átlagos értéke nagy lesz, és a külső áramellátás elsősorban a aktív veszteségek. Úgy tűnik, ez az üzemmód lesz a legvonzóbb a hatékonyság szempontjából, és a motort ebben az esetben mágneses rezonancia léptetőnek hívják.

Mechanika.

A legtöbb ember által legismertebb mechanikus rezonanciarendszer a szokásos hinta. Ha a hintát a rezonanciafrekvenciájának megfelelően tolja, megnő a mozgási tartomány, ellenkező esetben a mozgás elhal.

A rezonancia jelenségek visszafordíthatatlan károsodást okozhatnak különböző mechanikai rendszerekben. A mechanikus rezonátorok működése a potenciális energia mozgási energiává alakításán alapul.

Húr.

Az olyan hangszerek húrjainak, mint a lant, gitár, hegedű vagy zongora, alapvető rezonanciafrekvenciája van, amely közvetlenül összefügg a húr hosszával, tömegével és feszültségével. A húr feszültségének növelése, tömegének (vastagságának) és hosszának csökkentése növeli a rezonanciafrekvenciáját. A frekvenciák azonban nem harmonikus rezgések, amelyeket hangjegyként érzékelnek.

Elektronika.

Az elektronikus eszközökben a rezonancia egy bizonyos frekvencián lép fel, amikor a rendszer reakciójának induktív és kapacitív összetevői kiegyensúlyozottak, ami lehetővé teszi az energia keringését az induktív elem mágneses tere és a kondenzátor elektromos tere között.

A rezonanciamechanizmus az, hogy az induktor mágneses tere elektromos áramot hoz létre, amely feltölti a kondenzátort, a kondenzátor kisülése pedig mágneses teret hoz létre

sokszor megismétlődik, a mechanikus ingával analógiával.

A mikrohullámú elektronikában széles körben alkalmazzák az üreges rezonátorokat, leggyakrabban hengeres vagy toroid geometriájú, hullámhossz-nagyságrendű méretekkel, amelyekben az elektromágneses tér jó minőségű oszcillációi lehetségesek a peremfeltételek által meghatározott egyedi frekvenciákon.

Optika.

Az optikai tartományban a legelterjedtebb rezonátortípus a Fabry-Perot rezonátor, amelyet

tükörpár, amelyek között rezonanciaként állóhullám jön létre. Fabry-Perot típusú optikai rezonátorok típusai:

1. Plano - párhuzamos;

2. Koncentrikus (gömb alakú);

3. Félgömb alakú;

4. Konfokális;

5. Konvex-konkáv.

Akusztika.

A rezonancia jelenségek bármilyen frekvenciájú mechanikai rezgéseken megfigyelhetők, különösen a hangrezgéseken. A következő kísérletben van egy példa hang- vagy akusztikus rezonanciára.

Tegyünk egymás mellé két egyforma hangvillát, fordítva egymás felé a dobozok furatait, amelyekre fel vannak szerelve (40. ábra). A dobozokra azért van szükség, mert felerősítik a hangvillák hangját. Ennek oka a hangvilla és a dobozban lévő levegőoszlop közötti rezonancia; ezért a dobozokat rezonátoroknak vagy rezonáns dobozoknak nevezik. Az alábbiakban ezeknek a dobozoknak a működését ismertetjük részletesebben a hanghullámok levegőben való terjedésének tanulmányozása során. A most elemezni kívánt kísérletben a dobozok szerepe pusztán kisegítő.

Rizs. 40. Hangvillák rezonanciája

Üssük meg az egyik hangvillát, majd ujjunkkal tompítsuk. A második hangvilla hangját halljuk.

Vegyünk két különböző hangvillát, azaz eltérő hangmagassággal, és ismételjük meg a kísérletet. Most már egyik hangvilla sem reagál egy másik hangvilla hangjára.

Ezt az eredményt nem nehéz megmagyarázni. Az egyik hangvilla (1) rezgései a levegőn keresztül hatnak bizonyos erővel a második hangvillára (2), ami kényszerrezgéseket okoz. Mivel az 1. hangvilla harmonikus rezgést hajt végre, a 2. hangvillára ható erő a harmonikus rezgés törvénye szerint az 1. hangvilla frekvenciájával változik. Ha az erő frekvenciája megegyezik a 2. hangvilla sajátfrekvenciájával , akkor van rezonancia - hangvilla 2 lendületet erősen. Ha az erő frekvenciája eltérő, akkor a 2 hangvilla kényszerrezgései olyan gyengék lesznek, hogy nem fogjuk hallani.

Mivel a hangvillák csillapítása nagyon kicsi, rezonanciájuk éles (14. §). Ezért már a hangvillák frekvenciái közötti kis különbség ahhoz vezet, hogy az egyik nem reagál a másik rezgéseire. Elég például két egyforma hangvilla egyikének a lábára gyurma- vagy viaszdarabkákat ragasztani, és máris elhangolódnak a hangvillák, nem lesz rezonancia.

Látjuk, hogy az erőltetett rezgések során fellépő jelenségek ugyanúgy előfordulnak hangvillákkal, mint a rugó terhelésének kényszerrezgéseivel végzett kísérletekben (12. §).

Ha egy hang hangjegy (periodikus rezgés), de nem hang (harmonikus rezgés), akkor ez, mint tudjuk, azt jelenti, hogy a hangok összegéből áll: a legalacsonyabb (alapvető) és a felhangok összegéből. A hangvillának rezonálnia kell egy ilyen hangra, amikor a hangvilla frekvenciája egybeesik a hang bármely harmonikusának frekvenciájával. Kísérlet végezhető egyszerűsített szirénával és hangvillával úgy, hogy a hangvilla rezonátor nyílását szaggatott légárammal szemben helyezzük el. Ha a hangvilla frekvenciája , akkor, amint jól látható, nem csak másodpercenként 300 megszakításnál (a sziréna fő hangjának rezonanciája), hanem 150 megszakításnál is reagál a sziréna hangjára - rezonancia a sziréna első felhangjára, és 100 megszakításnál - rezonancia a második felhangon stb.

Nem nehéz hangrezgésekkel reprodukálni az ingakészlettel végzett kísérlethez hasonló kísérletet (16. §). Ehhez csak egy hangrezonátor készletre van szüksége - hangvillák, vonósok, orgonasípok. Nyilvánvaló, hogy egy zongora vagy zongora húrjai éppen ilyen, ráadásul igen kiterjedt, eltérő sajátfrekvenciájú oszcillációs rendszerek halmazát alkotják. Ha a zongora kinyitása és a pedál megnyomása után hangosan énekelünk valamilyen hangot a húrok fölött, akkor halljuk, hogyan reagál a hangszer azonos magasságú és hasonló hangszínnel. És itt a hangunk időszakos erőt hoz létre a levegőben, minden húrra hatva. Közülük azonban csak azok válaszolnak, amelyek rezonanciában vannak a harmonikus rezgésekkel – a fő- és felhangokkal, amelyek az általunk énekelt hang részét képezik.

Így az akusztikus rezonanciával végzett kísérletek kiválóan illusztrálhatják a Fourier-tétel érvényességét.

A rezonancia az egyik legfontosabb fizikai folyamat, amelyet a hangeszközök tervezésénél használnak, amelyek többsége rezonátorokat tartalmaz, mint például a hegedű húrja és teste, fuvola csöve, dob teste.

A nagy intenzitású infrahang, amely rezonanciával jár, a belső szervek és az infrahang rezgési frekvenciáinak egybeesése miatt szinte az összes belső szerv munkájának megzavarásához vezet, szívleállás vagy erek szakadása miatt halál lehetséges. Különleges óvintézkedéseket kell tenni az alábbi frekvenciájú hangrezgések fellépése ellen, mert a frekvenciák egybeesése rezonanciához vezet:

Az emberi test egyes részeinek természetes (rezonáns) frekvenciája

20-30 Hz
fejrezonancia
40-100 Hz
szem rezonancia
0.5-13 Hz
a vestibularis apparátus rezonanciája
4-6 Hz
szívrezonancia
2-3 Hz
gyomor rezonancia
2-4 Hz
bélrezonancia
6-8 Hz
vese rezonancia
2-5 Hz
kézrezonancia
5-7 Hz
félelmet és pánikot okoz

Asztrofizika.

A pályarezonancia az égi mechanikában olyan helyzet, amelyben két (vagy több) égitest keringési periódusai kis természetes számként kapcsolódnak egymáshoz. Ennek eredményeként ezek az égitestek szabályos gravitációt fejtenek ki

egymásra gyakorolt ​​hatást, ami stabilizálni tudja pályájukat.

Nyilvános válasz.

A nyilvános rezonancia sok ember reakciója (felháborodás, izgalom, reakciók stb.) valakinek vagy valaminek bizonyos cselekedeteire (információk, viselkedés, kijelentések stb.). A közfelháborodást mesterségesen válthatja ki, ha a médiával felhívják a nyilvánosság figyelmét egy adott társadalmi vagy politikai eseményre.

Ezenkívül bizonyos csoportok a nyilvános rezonanciát arra használják, hogy nyomást gyakoroljanak az igazságszolgáltatásra, a végrehajtó és törvényhozó hatóságokra, a kormányra, az állami szervezetekre és a politikai pártokra.

Következtetés.

A projekt létrejöttének eredményeként sok, a rezonancia jelenségének vizsgálatát célzó kutatómunkát végeztem: tudományos irodalommal dolgoztam, videókat néztem, 10. osztályos tanulókat kérdeztem A munka során megállapítottam, hogy a rezonancia jelensége nagyon fontos fizikai jelenség az emberek számára, és a tudomány és a technológia számos ágában használják. De az előnyök mellett a rezonancia károkat is okozhat.

A projekt kiegészítő anyagként használható a „Rezonancia” téma 9. és 11. osztályos tanulmányozása során.

A felhasznált irodalom listája:

hu.wikipedia.org

1. mirslovarei.com – mi a közfelháborodás (anyag a Politikai szótárból)

4. M. Alkalmazott módszerek az oszcillációelméletben. - M.: Nauka, 1988.

5. Univerzális kézikönyv, S.Yu. Kurganov, N.A. Gyrdymova - M.: Eksmo, 2011.