Fenomen rezonancije. Emocionalna rezonancija Koncept rezonancije u fizici

Rezonancija je fenomen naglog povećanja amplitude prisilnih oscilacija, koji se javlja kada se frekvencija vanjskog utjecaja približi određenim vrijednostima (rezonantnim frekvencijama) određenim svojstvima sistema. Povećanje amplitude samo je posljedica rezonancije, i razlog je podudarnost vanjske (uzbudljive) frekvencije sa unutrašnjom (prirodnom) frekvencijom oscilatornog sistema. Koristeći fenomen rezonancije, čak i vrlo slabe periodične oscilacije mogu se izolovati i/ili pojačati. Rezonancija je pojava da na određenoj frekvenciji pokretačke sile oscilatorni sistem posebno reagira na djelovanje ove sile.

Svaki mehanički elastični sistem ima svoju frekvenciju vibracija. Ako bilo koja sila izbaci ovaj sistem iz ravnoteže, a zatim prestane da djeluje, sistem će neko vrijeme oscilirati oko svoje ravnotežne pozicije. Frekvencija ovih oscilacija naziva se prirodna frekvencija oscilacija sistema. Brzina njegovog slabljenja ovisi o elastičnim svojstvima i masi, o silama trenja i ne ovisi o sili koja je izazvala vibracije.

Ako se sila koja dovodi mehanički sistem iz ravnoteže promijeni frekvencijom koja je jednaka frekvenciji prirodne frekvencije oscilacija, tada će deformacija jednog perioda biti superponirana deformacijom sljedećeg perioda i sistem će se ljuljati stalno - povećanje amplitude, teoretski ad infinitum. Naravno, konstrukcija neće moći izdržati tako sve veću deformaciju i srušit će se.

Podudarnost frekvencije prirodnih oscilacija sa frekvencijom promjene elektrodinamičke sile naziva se mehanička rezonanca.

Potpuna rezonancija se opaža kada se frekvencija oscilacija sile tačno poklapa sa frekvencijom prirodnih vibracija konstrukcije i jednakih pozitivnih i negativnih amplituda, parcijalna rezonancija - kada se frekvencije ne poklapaju u potpunosti i nejednake amplitude.

Da biste izbjegli rezonanciju krzna potrebno je da se frekvencija prirodnih vibracija konstrukcije razlikuje od frekvencije promjene elektrodinamičke sile. Bolje je kada je frekvencija prirodnih vibracija ispod frekvencije promjene sile. Odabir potrebne frekvencije prirodnih oscilacija može se izvršiti na različite načine. Za gume, na primjer, promjenom dužine slobodnog raspona

Kada, kada je frekvencija promjenljive komponente električne sile bliska prirodnoj frekvenciji mehaničkih vibracija, čak i uz relativno male sile, moguće je uništenje aparata uslijed rezonantnih pojava.

Gume pod uticajem EDF-a vrše prisilne vibracije u obliku stajaćih talasa. Ako je frekvencija slobodnih vibracija iznad 200 Hz, tada se sile izračunavaju za statički mod bez uzimanja u obzir rezonancije.

Ako je frekvencija slobodnih vibracija gume tokom projektovanja, nastoje se isključiti mogućnost rezonancije odabirom dužine slobodnog raspona gume.

Sa fleksibilnom montažom guma, prirodna frekvencija mehaničkih vibracija je smanjena. Energija EDF-a se dijelom troši na deformaciju strujnih dijelova, a dijelom na njihovo pomicanje i pripadajućih fleksibilnih spojeva. U isto vrijeme krzno. Naprezanja u materijalu gume su smanjena

Potpuno poznata slika - koncertna dvorana, virtuozni violinista na sceni, sala ispunjena brojnim ljubiteljima muzike koji slušaju očaravajuće zvuke. Bez dodirivanja umijeća izvođača, sve što se dešava je moguće zahvaljujući efektu akustične rezonancije. Dakle, rezonanca?

Kad pomenete ovaj pojam, odmah pomislite na staru priču o četi marširajućih vojnika. Vojnici su, uzjahavši ga, nastavili da marširaju u korak, u korak. Kao rezultat toga, most se srušio.

Ili najčešća slika - dijete na ljuljaški. I neko u blizini, ljulja ih. Manji napori primijenjeni u pravom trenutku omogućavaju vam da postignete veliku amplitudu vibracija i pružite bebi veliko zadovoljstvo.

Ne ulazeći u matematički opis fenomena koji se javlja, pokušajmo kvalitativno razumjeti šta je to rezonancija. Udžbenik fizike definiše ovaj efekat kao povećanje amplitude oscilacija sistema kada se frekvencija spoljašnjeg uticaja i prirodna frekvencija poklapaju. Malo pojašnjenje. Frekvencija oscilacije je broj oscilacija u sekundi.

Da, nije sasvim jasno, čini se da su riječi svima poznate - rezonancija, fizika, frekvencija. Šta to znači?

Radi lakšeg razumijevanja, podsjetimo se još jednog primjera - između dva nosača (neka su to dvije obale potoka) nalazi se duga, široka daska, malo se njiše, oscilira, ali izgleda pouzdano. Prelazak potoka izgleda jednostavno, samo stanite na dasku i hodajte. Ali ovdje je problem. Pri određenoj brzini kretanja, odnosno učestalosti koraka, daska počinje snažno da se ljulja, prijeteći da odbaci hodalicu. U ovom slučaju ponovo su ispunjeni uvjeti rezonancije - frekvencija vibracije same ploče poklapa se s frekvencijom koraka pješaka. Kao rezultat toga, amplituda vibracija se značajno povećava, a iz takvog povećanja mogu proizaći neočekivani vodeni postupci.

Ovaj fenomen je izuzetno rasprostranjen u raznim oblastima. U elektronici, medicini, u muzici, odakle je počeo opis efekta rezonancije. Ovaj fenomen je često koristan, omogućavajući, na primjer, pojačanje slabog signala. Zvuk violinske žice pojačava se njenim tijelom koje djeluje kao rezonator, tj. pojačalo na određenoj frekvenciji. I sam zvuk violine je pojačan zbog dobre akustike prostorije.

Nešto drugačija primjena rezonancije je pojačavanje signala radio stanice. Opet je sve jednostavno. Radio valovi prenose signal do antene, odatle ulazi u poseban ulazni krug, promjenom parametara kojeg možete pojačati signal željene frekvencije. To je ono što radimo kada okrećemo dugme za podešavanje prijemnika u potrazi za radio stanicom koja nam je potrebna. Kao rezultat ovog pojačanja, signal odabrane radio stanice postaje jači i prijemnik ga uspješno percipira.

Iz navedenih primjera postaje jasan odgovor na pitanje šta je to rezonancija. Ovo je generalno povećanje napora koje se dobija usled sinhronizacije mogućnosti samog sistema i spoljašnjih uticaja. Kao završni primjer, pokušaj izlaska iz blata u automobilu metodom “ljuljanja”. Vozač počinje naizmjenično pomicati automobil naprijed i nazad. Natrag, pa ubrzanje naprijed, ako nije uspjelo, opet ubrzanje, ali nazad, i opet naprijed. Ovim pristupom, snaga motora se kombinuje sa inercijom kretanja i, u mnogim slučajevima, omogućava savladavanje teškog mesta.

Čak je i skroman broj navedenih primjera dovoljan da se shvati koliko se fenomen rezonancije široko koristi u tehnologiji i svakodnevnom životu.

Dostavljeni materijal odgovara na pitanje šta je to rezonancija. Razmatraju se primjeri manifestacija rezonantnih pojava u različitim oblastima tehnike i kulture.

Rezonancija je jedan od najzanimljivijih fizičkih fenomena. I što je dublje naše znanje o svijetu oko nas, to se jasnije može vidjeti uloga ovog fenomena u različitim područjima našeg života – u muzici, medicini, radiotehnici, pa čak i na igralištu.

Koje je značenje ovog pojma, uslovi za njegov nastanak i ispoljavanje?

Prirodne i prisilne vibracije. Rezonancija

Prisjetimo se jednostavne i ugodne zabave - ljuljanja na visećoj ljuljački.

Primjenom vrlo malo sile u pravom trenutku, dijete može zaljuljati odraslu osobu. Ali za to se frekvencija utjecaja vanjske sile mora podudarati s prirodnom frekvencijom zamaha. Samo u ovom slučaju će se amplituda njihovih oscilacija značajno povećati.

Dakle, rezonancija je fenomen naglog povećanja amplitude vibracija tijela, kada se frekvencija njegovih vlastitih vibracija poklapa s frekvencijom djelovanja vanjske sile.

Prije svega, hajde da razumijemo koncepte - prirodne i prisilne vibracije. Pravilne - svojstvene svim tijelima - zvijezdama, strunama, oprugama, jezgrima, plinovima, tekućinama... Obično zavise od koeficijenta elastičnosti, mase tijela i ostalih njegovih parametara. Takve oscilacije nastaju pod utjecajem primarnog guranja kojeg vrši vanjska sila. Dakle, da bi vibrirao teret okačen na oprugu, dovoljno ga je povući na određenu udaljenost. Nastale prirodne oscilacije će biti prigušene, jer se energija oscilovanja troši na savladavanje otpora samog oscilatornog sistema i okoline.

Prisilne vibracije nastaju kada je tijelo izloženo vanjskoj (vanjskoj) sili s određenom frekvencijom. Ova vanjska sila se također naziva sila prisile. Veoma je važno da ova spoljna sila deluje na telo u pravom trenutku i na pravom mestu. Ona je ta koja nadoknađuje gubitke energije i povećava je tokom sopstvenih vibracija tela.

Mehanička rezonanca

Vrlo upečatljiv primjer manifestacije rezonancije je nekoliko slučajeva urušavanja mostova kada je četa vojnika hodala preko njih u formaciji.

Isklesani korak vojničkih čizama poklopio se sa prirodnom frekvencijom vibracija mosta. Počeo je da vibrira takvom amplitudom za koju njegova snaga nije bila dizajnirana i... raspala se. Tada je rođen novi vojni tim "...izvan takta". Zvuči kada četa vojnika pješice ili na konjima prelazi most.

Ako ste ikada putovali vozom, onda je najpažljiviji od vas primetio primetno ljuljanje vagona kada njegovi točkovi udare u šine. Ovako auto reaguje, odnosno rezonira sa vibracijama koje nastaju pri savladavanju ovih praznina.

Brodski instrumenti su opremljeni masivnim stalcima ili su okačeni na meke opruge kako bi se izbjegla rezonanca ovih dijelova broda s vibracijama brodskog trupa. Kada se brodski motori pokrenu, brod može toliko rezonirati njihovim radom da to ugrožava njegovu snagu.

Navedeni primjeri su dovoljni da pokažu potrebu da se uzme u obzir rezonancija. Ali ponekad koristimo mehaničku rezonanciju, a da to ne primijetimo. Prilikom izvlačenja automobila zaglavljenog u blatu, vozač i njegovi volonteri prvo ga ljuljaju, a zatim jednoglasno guraju naprijed u smjeru vožnje.

Kada zamahuju teškim zvonom, zvončari takođe nesvjesno koriste ovu pojavu.

Oni ritmično, u skladu sa sopstvenim vibracijama zvona, povlače uzicu pričvršćenu za njega, povećavajući amplitudu vibracija.

Postoje uređaji koji mjere frekvenciju električne struje. Njihovo djelovanje zasniva se na upotrebi rezonancije.

Akustična rezonanca

Na stranicama naše web stranice... Nastavimo naš razgovor, dopunivši ga primjerima manifestacije akustične ili zvučne rezonancije.

Zašto muzički instrumenti, posebno gitara i violina, imaju tako lijepa tijela? Da li je to zaista samo izgledati lijepo? Ispostavilo se da nije. Potreban je za ispravan zvuk cjelokupne zvučne palete koju proizvodi instrument. Zvuk koji proizvodi sama žica gitare je prilično tih. Da bi ga ojačali, žice se postavljaju na vrh tijela koje ima određeni oblik i veličinu. Zvuk koji ulazi u gitaru odjekuje različitim dijelovima tijela i intenzivira se.

Jačina i čistoća zvuka zavisi od kvaliteta drveta, pa čak i od laka kojim je instrument premazan.

Dostupan rezonatorima u našem vokalnom aparatu. Njihovu ulogu igraju razne zračne šupljine koje okružuju glasne žice. Oni pojačavaju zvuk, oblikuju njegov tembar, pojačavajući upravo one vibracije čija je frekvencija bliska njihovoj. Sposobnost korištenja rezonatora vlastitog vokalnog aparata jedan je od aspekata talenta pjevača. F.I. je savršeno savladao. Chaliapin.

Kažu da kada je ovaj veliki umjetnik zapjevao iz sveg glasa, ugasile su se svijeće, tresli su se lusteri i pucale rezane čaše.

One. Fenomen zvučne rezonancije igra veliku ulogu u divnom svijetu zvukova.

Električna rezonancija

Ni električna kola nisu zaobišla ovu pojavu. Ako frekvencija promjene vanjskog napona će se poklopiti s frekvencijom prirodnih oscilacija kola, tada može doći do električne rezonance. Kao i uvijek, manifestira se naglim porastom i struje i napona u kolu. To je ispunjeno kratkim spojem i kvarom uređaja uključenih u krug.

Međutim, rezonancija nam omogućava da se podesimo na frekvenciju određene radio stanice. Obično antena prima mnogo frekvencija od različitih radio stanica. Okretanjem dugmeta za podešavanje mijenjamo frekvenciju prijemnog kruga radio prijemnika.

Kada se jedna od frekvencija koja stiže na antenu poklopi sa ovom frekvencijom, tada ćemo čuti ovu radio stanicu.

Šumanovi talasi

Između Zemljine površine i njene jonosfere nalazi se sloj u kome se elektromagnetski talasi veoma dobro šire. Ovaj nebeski koridor naziva se talasovod. Talasi koji se ovdje stvaraju mogu obići Zemlju nekoliko puta. Ali odakle dolaze? Ispostavilo se da se javljaju prilikom udara groma.

Profesor Šuman sa Tehničkog univerziteta u Minhenu izračunao je njihovu učestalost. Ispostavilo se da je jednak 10 Hz. Ali upravo tim ritmom oscilira ljudski mozak! Ova nevjerovatna činjenica nije mogla biti puka slučajnost. Živimo unutar džinovskog talasovoda, koji svojim ritmom kontroliše naše telo. Dalja istraživanja su potvrdila ovu pretpostavku. Ispostavilo se da izobličenje Šumanovih talasa, na primer, tokom magnetnih oluja, pogoršava zdravlje ljudi.

One. Za normalno ljudsko blagostanje, ritam najvažnijih vibracija ljudskog tijela mora rezonirati sa frekvencijom Šumanovih valova.

Elektromagnetski smog iz rada kućnih i industrijskih električnih uređaja iskrivljuje prirodne valove Zemlje i uništava naše suptilne odnose s našom planetom.

Svi objekti u Univerzumu podliježu zakonima rezonancije. Čak su i ljudski odnosi podložni ovim zakonima. Dakle, kada biramo prijatelje za sebe, tražimo ljude poput sebe, sa kojima smo zainteresovani, sa kojima smo „na istoj talasnoj dužini“.

Ako vam je ova poruka bila korisna, bilo bi mi drago da vas vidim

Prije nego što počnete da se upoznajete sa fenomenom rezonancije, trebali biste proučiti fizičke pojmove koji su povezani s njom. Nema ih mnogo, pa neće biti teško zapamtiti i razumjeti njihovo značenje. Dakle, prvo prvo.

Koja je amplituda i frekvencija pokreta?

Zamislite obično dvorište u kojem dijete sjedi na ljuljaški i maše nogama da se ljulja. U trenutku kada uspije da zamahne zamah i on dođe s jedne strane na drugu, može se izračunati amplituda i frekvencija pokreta.

Amplituda je najveća dužina odstupanja od tačke u kojoj je telo bilo u ravnotežnom položaju. Ako uzmemo naš primjer ljuljačke, onda se amplituda može smatrati najvišom tačkom do koje se dijete ljulja.

A frekvencija je broj oscilacija ili oscilatornih pokreta u jedinici vremena. Frekvencija se mjeri u hercima (1 Hz = 1 ciklus u sekundi). Vratimo se na našu ljuljačku: ako dijete prijeđe samo polovinu cijele dužine ljuljačke za 1 sekundu, tada će njegova frekvencija biti jednaka 0,5 Hz.

Kako je frekvencija povezana s fenomenom rezonancije?

Već smo saznali da frekvencija karakterizira broj vibracija objekta u jednoj sekundi. Zamislite sada da odrasla osoba pomaže djetetu koje se slabo ljulja da se ljulja, gurajući ljuljašku iznova i iznova. Štaviše, ovi udari takođe imaju svoju frekvenciju, koja će povećati ili smanjiti amplitudu zamaha sistema „ljuljanje-dijete“.

Recimo da odrasla osoba gura zamah dok se kreće prema njemu, u ovom slučaju frekvencija neće povećati amplitudu pokreta, odnosno vanjska sila (u ovom slučaju gura) neće povećati oscilaciju sistema.

Ako je frekvencija kojom odrasla osoba ljulja dijete brojčano jednaka samoj frekvenciji ljuljanja, može doći do rezonancije. Drugim riječima, primjer rezonancije je podudarnost frekvencije samog sistema sa frekvencijom prisilnih oscilacija. Logično je zamisliti da su frekvencija i rezonancija međusobno povezane.

Gdje možete vidjeti primjer rezonancije?

Važno je razumjeti da se primjeri rezonancije nalaze u gotovo svim područjima fizike, od zvučnih valova do elektriciteta. Značenje rezonancije je da kada je frekvencija pokretačke sile jednaka prirodnoj frekvenciji sistema, tada ona u tom trenutku dostiže svoju najveću vrijednost.

Sljedeći primjer rezonancije će dati uvid. Recimo da hodate po tankoj dasci bačenoj preko rijeke. Kada se frekvencija vaših koraka poklopi sa frekvencijom ili periodom cijelog sistema (daska-osoba), daska počinje snažno oscilirati (savijati se gore-dolje). Ako se nastavite kretati istim koracima, rezonancija će uzrokovati jaku amplitudu vibracija ploče, koja prelazi dozvoljenu vrijednost sistema i to će na kraju dovesti do neizbježnog kvara mosta.

Postoje i oblasti fizike u kojima je moguće koristiti takav fenomen kao korisnu rezonancu. Primjeri bi vas mogli iznenaditi, jer ga obično koristimo intuitivno, a da nismo ni svjesni naučne strane problema. Tako, na primjer, koristimo rezonanciju kada pokušavamo izvući automobil iz rupe. Zapamtite, najlakše je postići rezultate samo kada gurate automobil dok se kreće naprijed. Ovaj primjer rezonancije povećava opseg pokreta, čime se pomaže pri povlačenju automobila.

Primjeri štetne rezonancije

Teško je reći koja je rezonancija češća u našim životima: dobra ili štetna za nas. Istorija poznaje znatan broj zastrašujućih posledica fenomena rezonancije. Evo najpoznatijih događaja u kojima se može uočiti primjer rezonancije.

1. U Francuskoj, u gradu Angersu, 1750. godine, jedan odred vojnika išao je u korak preko lančanog mosta. Kada se frekvencija njihovih koraka poklopila sa frekvencijom mosta, raspon vibracija (amplituda) se naglo povećao. Došlo je do rezonancije, lanci su pukli, a most se srušio u rijeku.
2. Bilo je slučajeva da je u selima kuća uništena zbog kamiona koji je vozio glavnim putem.

Kao što vidite, rezonanca može imati vrlo opasne posljedice, zbog čega bi inženjeri trebali pažljivo proučiti svojstva građevinskih objekata i pravilno izračunati njihove frekvencije vibracija.

Beneficial Resonance

Rezonancija nije ograničena na strašne posljedice. Pažljivim proučavanjem svijeta oko nas može se uočiti mnogo dobrih i korisnih rezultata rezonancije za ljude. Evo jednog upečatljivog primjera rezonancije koja omogućava ljudima da dobiju estetski užitak.

Dizajn mnogih muzičkih instrumenata funkcioniše na principu rezonancije. Uzmimo violinu: tijelo i žica čine jedan oscilatorni sistem unutar kojeg se nalazi igla. Kroz njega se frekvencije vibracija prenose s gornje palube na donju. Kada lutijer pomiče gudalo duž tetive, ovaj potonji poput strijele savladava trenje površine kolofonija i leti u suprotnom smjeru (počinje se kretati u suprotnom području). Dolazi do rezonancije koja se prenosi na kućište. A unutar nje postoje posebne rupe - f-rupe, kroz koje se izvodi rezonanca. Ovako se upravlja u mnogim žičanim instrumentima (gitara, harfa, violončelo, itd.).

Kao rezultat rezonancije, oscilatorni sistem postaje posebno osjetljiv na djelovanje vanjske sile. Stepen odziva u teoriji oscilacija opisuje se kvantitetom koji se naziva faktor kvaliteta. Uz pomoć rezonancije mogu se izolovati i/ili pojačati čak i vrlo slabe periodične oscilacije.

Fenomen rezonancije prvi je opisao Galileo Galilei 1602. godine u radovima posvećenim proučavanju klatna i muzičkih žica.

Enciklopedijski YouTube

• 1 / 5

  Mehanički rezonantni sistem koji je većini ljudi najpoznatiji je običan zamah. Ako gurnete zamah prema njegovoj rezonantnoj frekvenciji, opseg kretanja će se povećati, inače će pokret izblijediti. Rezonantna frekvencija takvog klatna može se naći sa dovoljnom preciznošću u rasponu malih pomaka iz ravnotežnog stanja pomoću formule:

  f = 1 2 π g L (\displaystyle f=(1 \preko 2\pi )(\sqrt (g \preko L))),

  Mehanizam rezonancije je da magnetsko polje induktiviteta stvara električnu struju koja puni kondenzator, a pražnjenje kondenzatora stvara magnetsko polje u induktivitetu - proces koji se ponavlja mnogo puta, analogno mehaničkom klatnu.

  Pod pretpostavkom da su u trenutku rezonancije induktivna i kapacitivna komponenta impedanse jednake, rezonantna frekvencija se može naći iz izraza

  ω L = 1 ω C ⇒ ω = 1 L C (\displaystyle \omega L=(\frac (1)(\omega C))\Rightarrow \omega =(\frac (1)(\sqrt (LC)))),

  Gdje ω = 2 π f (\displaystyle \omega =2\pi f); f je rezonantna frekvencija u hercima; L je induktivnost u Henriju; C je kapacitet u faradima. Važno je da je u realnim sistemima koncept rezonantne frekvencije neraskidivo povezan propusni opseg, odnosno opseg frekvencija u kojem se odziv sistema malo razlikuje od odziva na rezonantnoj frekvenciji. Određuje se širina pojasa faktor kvaliteta sistema.

  Elektronski uređaji također koriste različite elektromehaničke rezonantne sisteme.

  Mikrovalna

  Optika

  U optičkom opsegu, najčešći tip rezonatora je Fabry-Perot rezonator, formiran od para ogledala između kojih se uspostavlja stojeći talas u rezonanciji. Koriste se i kružni rezonatori putujućih talasa i optičke mikrošupljine sa modovima šaptajuće galerije.

  Akustika

  Rezonancija je jedan od najvažnijih fizičkih procesa koji se koriste u dizajnu zvučnih uređaja, od kojih većina sadrži rezonatore, kao što su žice i tijelo violine, cijev flaute i tijelo bubnjeva.

  Za akustičke sisteme i zvučnike, rezonancija pojedinačnih elemenata (kućište, difuzor) je nepoželjna pojava, jer narušava uniformnost