طنین در طبیعت و فناوری. پدیده رزونانس و وقوع آن

تأثیر خارجی بر مقادیر خاصی (فرکانس های تشدید) که توسط ویژگی های سیستم تعیین می شود. افزایش دامنه فقط است نتیجهرزونانس، و علت- همزمانی فرکانس خارجی (هیجان انگیز) با فرکانس داخلی (طبیعی) سیستم نوسانی. با استفاده از پدیده رزونانس، حتی نوسانات دوره ای بسیار ضعیف را می توان جدا و/یا تقویت کرد. تشدید پدیده ای است که در فرکانس معینی از نیروی محرکه سیستم نوسانی به ویژه به عمل این نیرو پاسخ می دهد. درجه پاسخگویی در تئوری نوسانات با کمیتی به نام عامل کیفیت توصیف می شود. پدیده رزونانس اولین بار توسط گالیله گالیله در سال 1602 در آثاری که به مطالعه آونگ ها و تارهای موسیقی اختصاص داده شده بود، توصیف شد.

مکانیک

سیستم رزونانس مکانیکی که برای اکثر مردم آشناتر است یک نوسان معمولی است. اگر تاب را با توجه به فرکانس رزونانس آن فشار دهید، دامنه حرکت افزایش می یابد، در غیر این صورت حرکت محو می شود. فرکانس تشدید چنین آونگی را می توان با دقت کافی در محدوده جابجایی های کوچک از حالت تعادل با استفاده از فرمول یافت:

مکانیسم تشدید به این صورت است که میدان مغناطیسی القایی جریان الکتریکی ایجاد می‌کند که خازن را شارژ می‌کند، و تخلیه خازن یک میدان مغناطیسی در اندوکتانس ایجاد می‌کند - فرآیندی که بارها تکرار می‌شود، مشابه پاندول مکانیکی.

با فرض اینکه در لحظه تشدید اجزای القایی و خازنی امپدانس برابر باشند، فرکانس تشدید را می توان از عبارت پیدا کرد.

جایی که ؛ f فرکانس تشدید بر حسب هرتز است. L اندوکتانس در هنری است. C ظرفیت بر حسب فاراد است. مهم است که در سیستم های واقعی مفهوم فرکانس تشدید به طور جدایی ناپذیری با آن مرتبط باشد پهنای باندیعنی محدوده فرکانسی که در آن پاسخ سیستم با پاسخ در فرکانس تشدید تفاوت کمی دارد. پهنای باند مشخص می شود فاکتور کیفیت سیستم.

مایکروویو

در الکترونیک مایکروویو، تشدید کننده های حجمی به طور گسترده استفاده می شود، اغلب از هندسه استوانه ای یا حلقوی با ابعاد به ترتیب طول موج، که در آن نوسانات انرژی الکتریکی با کیفیت بالا امکان پذیر است. میدان مغناطیسیدر فرکانس های فردی تعیین شده توسط شرایط مرزی. بالاترین فاکتور کیفیت در تشدید کننده های ابررسانا یافت می شود که دیواره های آنها از یک ابررسانا و تشدید کننده دی الکتریک با حالت های گالری پچ پچ ساخته شده است.

اپتیک

آکوستیک

طنین یکی از مهمترین فرآیندهای فیزیکی است که در طراحی دستگاه های صوتی مورد استفاده قرار می گیرد که اکثر آنها دارای طنین انداز هایی مانند سیم و بدنه ویولن، لوله فلوت و بدنه طبل هستند.

فیزیک نجومی

تشدید مداری در مکانیک سماوی وضعیتی است که در آن دو (یا چند) جرم آسمانی دارای دوره های مداری هستند که به اندازه کوچکی به هم مرتبط هستند. اعداد صحیح. در نتیجه اینها اجرام آسمانییک تأثیر گرانشی منظم بر روی یکدیگر دارند که می تواند مدار آنها را تثبیت کند.

روش رزونانس تخریب یخ

مشخص است که وقتی یک بار در امتداد پوشش یخی حرکت می کند، سیستمی از امواج گرانشی خمشی (IGW) ایجاد می شود. این ترکیبی از ارتعاشات خمشی صفحه یخی و امواج گرانشی مرتبط در آب است. هنگامی که سرعت بارگذاری نزدیک به حداقل سرعت فاز از IGW باشد، آب از پوشش یخ پشتیبانی نمی کند و پشتیبانی تنها توسط خواص کشسانی یخ تامین می شود. دامنه IGV به شدت افزایش می یابد و با بار کافی، تخریب شروع می شود. مصرف برق چندین برابر کمتر (بسته به ضخامت یخ) در مقایسه با یخ شکن ها و یخ شکن ها است. پیوست ها. این روش تخریب یخ به عنوان روش رزونانس تخریب یخ شناخته می شود.

یادداشت

همچنین ببینید

ادبیات

• ریچاردسون ال اف(1922)، پیش بینی آب و هوا با فرآیند عددی، کمبریج.
• برترتون FP(1964)، فعل و انفعالات رزونانسی بین امواج. J. Fluid Mech., 20, 457-472.
• بلومبرگن N.اپتیک غیرخطی، م.: میر، 1965. - 424 ص.
• زاخاروف V. E.(1974)، فرمالیسم همیلتونی برای امواج در رسانه های غیرخطی با پراکندگی، Izv. دانشگاه های اتحاد جماهیر شوروی رادیوفیزیک, 17(4), 431-453.
• آرنولد وی.آی.از دست دادن ثبات خود نوسانات نزدیک تشدید، امواج غیر خطی / ویرایش. A. V. Gaponov-Grekhov. - م.: ناوکا، 1979. ص 116-131.
• Kaup PJ، Reiman A و Bers A(1979)، تکامل فضا-زمان تعاملات سه موجی غیرخطی. فعل و انفعالات در یک محیط همگن، کشیش فیزیک مدرن, 51 (2), 275-309.
• هاکن اچ(1983)، هم افزایی پیشرفته. سلسله مراتب بی ثباتی سیستم ها و دستگاه های خودسازماندهی، برلین، اسپرینگر-ورلاگ.
• فیلیپس O.M.تعامل امواج. تکامل ایده ها، هیدرودینامیک مدرن. موفقیت ها و مشکلات. - م.: میر، 1984. - ص 297-314.
• ژوراولف وی.اف.، کلیموف دی.ام.روش های کاربردی در تئوری ارتعاشات. - M.: Nauka، 1988.
• سوخوروکوف A.P.فعل و انفعالات امواج غیرخطی در اپتیک و رادیوفیزیک - م.: ناوکا، 1988. - 232 ص.
• برونو A.D.مشکل سه تنه محدود. - M.: Nauka، 1990.

پیوندها

• نمایش پدیده رزونانس با استفاده از مثال نوسانات اجباری آونگ فنری

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "رزونانس" در فرهنگ های دیگر چیست:

- (رزونانس فرانسوی، از لاتین resono I صدا در پاسخ، پاسخ می دهم)، پاسخ انتخابی نسبتاً بزرگ یک سیستم نوسانی (نوسانگر) به یک دوره ای تاثیر با فرکانس نزدیک به فرکانس خودش. تردید. وقتی ر....... دایره المعارف فیزیکی

- (فرانسوی، از لاتین resonare به شنیدن). در آکوستیک: شرایط برای انتشار کامل صدا. تخته ای که برای تقویت صدای زه در آلات موسیقی استفاده می شود. فرهنگ لغت کلمات خارجی، در زبان روسی گنجانده شده است. Chudinov A.N.، 1910. …… فرهنگ لغت کلمات خارجی زبان روسی

رزونانس- تشدید: یک منحنی رزونانس از نوسانگرهای خطی در فاکتورهای کیفی مختلف Q(Q3>Q2>Q1)، x شدت نوسانات. b وابستگی فاز به فرکانس در رزونانس. رزونانس (رزونانس فرانسوی، از لاتین resono I answer)، تند... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

رزونانس، طنین، بسیاری. بدون شوهر (از لط. resonans دادن پژواک). 1. صدای پاسخ یکی از دو بدنی که به صورت هماهنگ تنظیم شده اند (فیزیکی). 2. توانایی افزایش قدرت و مدت زمان صدای مشخصه اتاق ها، سطح داخلی… … فرهنگ لغتاوشاکووا

پژواک، رزونانس، مزومریسم، پاسخ، هادرون، ذره، پژواک فرهنگ لغت مترادف روسی. رزونانس به فرهنگ لغت مترادف زبان روسی مراجعه کنید. راهنمای عملی M.: زبان روسی. Z. E. Alexandrova. 2... فرهنگ لغت مترادف

ما اغلب کلمه رزونانس را می شنویم: "رزونانس عمومی"، "رویدادی که باعث تشدید شد"، "فرکانس رزونانس". جملات کاملا آشنا و معمولی. اما آیا می توانید دقیقا بگویید که رزونانس چیست؟

اگر جواب از دهانتان بیرون پرید، واقعاً به شما افتخار می کنیم! خوب ، اگر موضوع "رزونانس در فیزیک" سؤالاتی را ایجاد می کند ، به شما توصیه می کنیم مقاله ما را بخوانید ، جایی که به طور واضح و مختصر در مورد پدیده ای مانند رزونانس صحبت خواهیم کرد.

قبل از صحبت در مورد رزونانس، باید بدانید نوسانات چیست و فرکانس آنها چیست.

نوسانات و فرکانس

نوسانات فرآیند تغییر حالات یک سیستم است که در طول زمان تکرار می شود و حول یک نقطه تعادل رخ می دهد.

ساده ترین مثال از نوسان، سوار شدن بر تاب است. ما آن را به دلایلی ارائه می کنیم.

رزونانس فقط در جایی رخ می دهد که ارتعاش وجود داشته باشد. و مهم نیست که چه نوع ارتعاشاتی هستند - نوسانات ولتاژ الکتریکی، ارتعاشات صوتی یا ارتعاشات مکانیکی.

در شکل زیر توضیح می دهیم که چه نوساناتی می تواند باشد.

راستی! برای خوانندگان ما اکنون 10٪ تخفیف در نظر گرفته شده است

نوسانات با دامنه و فرکانس مشخص می شوند. برای نوساناتی که قبلاً در بالا ذکر شد، دامنه نوسانات است حداکثر ارتفاع، که روی آن تاب بلند می شود. ما همچنین می توانیم تاب را به آرامی یا سریع بچرخانیم. بسته به این، فرکانس نوسان تغییر خواهد کرد.

فرکانس نوسان (اندازه گیری شده بر حسب هرتز) تعداد نوسانات در واحد زمان است. 1 هرتز یک نوسان در ثانیه است.

هنگامی که ما یک تاب را می چرخانیم، به طور دوره ای سیستم را با نیروی خاصی تکان می دهیم (در در این موردیک نوسان یک سیستم نوسانی است)، نوسانات اجباری را انجام می دهد. اگر این سیستم به روش خاصی تحت تأثیر قرار گیرد، می توان دامنه نوسانات را افزایش داد.

با فشار دادن نوسان در یک لحظه خاص و با تناوب خاص، می توانید آن را با شدت کمی بچرخانید، این یک رزونانس خواهد بود: فرکانس تأثیرات ما با فرکانس نوسانات و دامنه نوسان مطابقت دارد. نوسانات افزایش می یابد

ماهیت پدیده رزونانس

تشدید در فیزیک یک پاسخ انتخابی فرکانس یک سیستم نوسانی به یک تأثیر خارجی تناوبی است که خود را در افزایش شدید دامنه نوسانات ثابت نشان می دهد زمانی که فرکانس تأثیر خارجی با مقادیر مشخصی از یک سیستم معین منطبق است. .

ماهیت پدیده رزونانس در فیزیک این است که دامنه نوسانات به شدت افزایش می یابد زمانی که فرکانس تأثیر بر سیستم با فرکانس طبیعی سیستم منطبق شود.

موارد شناخته شده ای وجود دارد که پلی که سربازان در امتداد آن رژه می رفتند با گام راهپیمایی طنین انداز شد، تاب خورد و فرو ریخت. به هر حال، به همین دلیل است که اکنون سربازان هنگام عبور از پل قرار است با سرعت آزاد راه بروند و نه در گام.

نمونه هایی از رزونانس

پدیده رزونانس در انواع فرآیندهای فیزیکی مشاهده می شود. مثلاً رزونانس صدا. بیا گیتار بگیریم صدای سیم های گیتار آرام و تقریبا نامفهوم خواهد بود. با این حال، دلیلی وجود دارد که رشته ها در بالای بدنه نصب شده اند - تشدید کننده. هنگامی که داخل بدنه می شود، صدای ارتعاشات سیم تشدید می شود و کسی که گیتار را در دست می گیرد احساس می کند که چگونه از ضربات سیم ها شروع به لرزیدن و لرزش می کند. به عبارت دیگر طنین انداز.

نمونه دیگری از مشاهده رزونانس که با آن مواجه می شویم دایره های روی آب است. اگر دو سنگ را در آب بیندازید، امواج عبوری از آنها به هم می رسند و زیاد می شوند.

عملکرد اجاق مایکروویو نیز بر اساس رزونانس است. در این حالت، رزونانس در مولکول های آب که تشعشعات مایکروویو (2.450 گیگاهرتز) را جذب می کنند، رخ می دهد. در نتیجه، مولکول‌ها تشدید می‌شوند، ارتعاش بیشتری می‌کنند و دمای غذا بالا می‌رود.

رزونانس می تواند هم مفید و هم مضر باشد. و خواندن مقاله و همچنین کمک به خدمات دانش آموزی ما در شرایط سخت تحصیلی فقط برای شما سودی به همراه خواهد داشت. اگر در حین تکمیل دوره آموزشی خود، نیاز به درک فیزیک تشدید مغناطیسی دارید، می توانید با خیال راحت با شرکت ما تماس بگیرید تا کمک سریع و واجد شرایطی دریافت کنید.

در نهایت، پیشنهاد می کنیم ویدیویی را با موضوع "رزونانس" تماشا کنید و مطمئن شوید که علم می تواند هیجان انگیز و جالب باشد. خدمات ما به هر کاری کمک می کند: از دوره های آموزشی در مورد فیزیک نوسانات یا مقاله ای در مورد ادبیات.

رزونانس یکی از جالب ترین پدیده های فیزیکی است. و هر چه دانش ما در مورد دنیای اطرافمان عمیق تر می شود، نقش این پدیده را می توان به وضوح در زمینه های مختلف زندگی ما - در موسیقی، پزشکی، مهندسی رادیو و حتی در زمین بازی مشاهده کرد.

منظور از این مفهوم، شرایط پیدایش و تجلی آن چیست؟

ارتعاشات طبیعی و اجباری. رزونانس

بیایید یک سرگرمی ساده و دلپذیر را به یاد بیاوریم - تاب خوردن روی یک تاب آویزان.

قرار دادن در لحظه مناسببا تلاش بسیار کم، یک کودک می تواند یک بزرگسال را تکان دهد. اما برای این، فرکانس تأثیر نیروی خارجی باید با فرکانس طبیعی نوسان مطابقت داشته باشد. فقط در این صورت دامنه نوسانات آنها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

بنابراین، تشدید پدیده افزایش شدید دامنه ارتعاشات یک جسم است، زمانی که فرکانس ارتعاشات خود با فرکانس عمل یک نیروی خارجی مطابقت دارد.

اول از همه، بیایید مفاهیم را درک کنیم - ارتعاشات طبیعی و اجباریذاتی - ذاتی در تمام اجسام - ستارگان، ریسمان ها، چشمه ها، هسته ها، گازها، مایعات... معمولاً به ضریب کشش، جرم بدن و سایر پارامترهای آن بستگی دارند. چنین نوساناتی تحت تأثیر یک فشار اولیه که توسط یک نیروی خارجی انجام می شود ایجاد می شود. بنابراین، برای ارتعاش بار معلق روی فنر، کافی است آن را در یک فاصله معین بکشید. نوسانات طبیعی حاصل میرا می شوند، زیرا انرژی نوسان برای غلبه بر مقاومت خود سیستم نوسانی و محیط صرف می شود.

ارتعاشات اجباری زمانی رخ می دهند که جسمی در معرض نیروی خارجی (خارجی) با فرکانس معین قرار می گیرد. به این نیروی خارجی، نیروی اجباری نیز می گویند. بسیار مهم است که این نیروی خارجی در لحظه و در مکان مناسب بر بدن وارد شود. این اوست که تلفات انرژی را پر می کند و در طول ارتعاشات بدن آن را افزایش می دهد.

رزونانس مکانیکی

یک مثال بسیار قابل توجه از تجلی رزونانس، موارد متعددی از فروریختن پل است که گروهی از سربازان به صورت تشکیل از آنها عبور می کردند.

مرحله تراشیده شده چکمه های سربازان با فرکانس طبیعی ارتعاش پل همزمان بود. با چنین دامنه ای شروع به ارتعاش کرد که استحکامش برای آن طراحی نشده بود و... از هم پاشید. سپس یک تیم نظامی جدید متولد شد "…خارج از حد".زمانی که گروهی از سربازان پیاده یا سواره از پل عبور می کنند به صدا در می آید.

اگر تصادفاً با قطار سفر می کنید، آن کس که دقت بیشتری داشت متوجه تاب خوردن ماشین ها در هنگام برخورد چرخ های آن با اتصالات ریل شده است. واکنش خودرو اینگونه است، یعنی با ارتعاشاتی که هنگام غلبه بر این شکاف ها ایجاد می شود طنین انداز می شود.

ابزار کشتی مجهز به پایه های عظیم یا معلق بر روی فنرهای نرم هستند تا از تشدید این قطعات کشتی با ارتعاشات بدنه کشتی جلوگیری شود. وقتی موتورهای کشتی روشن می شوند، کشتی می تواند آنقدر با عملکرد آنها طنین انداز شود که قدرت آن را تهدید کند.

مثال های ارائه شده برای نشان دادن نیاز به در نظر گرفتن رزونانس کافی است. اما ما گاهی اوقات از تشدید مکانیکی بدون توجه به آن استفاده می کنیم. هنگام بیرون راندن خودروی گیر کرده در گل و لای جاده، راننده و دستیاران داوطلبش ابتدا آن را تکان می دهند و سپس به اتفاق آرا آن را در جهت حرکت به جلو هل می دهند.

هنگام تاب دادن یک زنگ سنگین، زنگ‌زنان نیز ناخودآگاه از این پدیده استفاده می‌کنند.

آنها به صورت ریتمیک و به موازات ارتعاشات خود زنگ، طناب متصل به آن را می کشند و دامنه ارتعاشات را افزایش می دهند.

دستگاه هایی وجود دارند که فرکانس جریان الکتریکی را اندازه گیری می کنند. عمل آنها بر اساس استفاده از رزونانس است.

رزونانس آکوستیک

در صفحات وب سایت ما ... بیایید گفتگوی خود را ادامه دهیم و آن را با نمونه هایی از تجلی رزونانس صوتی یا صدا تکمیل کنیم.

چرا آلات موسیقی به خصوص گیتار و ویولن دارای بدنه زیبایی هستند؟ آیا واقعاً فقط برای زیبا به نظر رسیدن است؟ معلوم است که نه. برای صدای صحیح کل پالت صدای تولید شده توسط ساز مورد نیاز است. صدای تولید شده توسط خود سیم گیتار کاملا آرام است. برای تقویت آن، تارها را روی بدنه ای قرار می دهند که شکل و اندازه خاصی دارد. صدای ورودی به گیتار طنین انداز می شود بخشهای مختلفمسکنو تشدید می شود.

قدرت و خلوص صدا به کیفیت چوب و حتی لاکی که ساز با آن پوشانده شده است بستگی دارد.

در دسترس طنین انداز در دستگاه صوتی مانقش آنها توسط انواع حفره های هوایی اطراف تارهای صوتی ایفا می شود. آنها صدا را تقویت می کنند، تایم آن را شکل می دهند و دقیقاً ارتعاشاتی را که فرکانس آنها نزدیک به ارتعاشات آنهاست تقویت می کنند. توانایی استفاده از طنین انداز دستگاه آوازی یکی از جنبه های استعداد یک خواننده است. F.I. چالیاپین.

می گویند وقتی این هنرمند بزرگ در بالای سرش آواز می خواند، شمع ها خاموش می شد، لوسترها می لرزیدند و شیشه های بریده شده ترک می خورد.

آن ها پدیده رزونانس صدا نقش بسزایی در دنیای لذت بخش صداها دارد.

رزونانس الکتریکی

مدارهای الکتریکی نیز از این پدیده در امان نبودند. اگر فرکانس تغییر ولتاژ خارجی با فرکانس نوسانات طبیعی مدار منطبق خواهد بود.پس از آن رزونانس الکتریکی ممکن است رخ دهد. مثل همیشه، خود را در افزایش شدید جریان و ولتاژ در مدار نشان می دهد. این مملو از اتصال کوتاه و خرابی دستگاه های موجود در مدار است.

با این حال، این رزونانس است که به ما امکان می دهد فرکانس یک ایستگاه رادیویی خاص را تنظیم کنیم. به طور معمول، آنتن فرکانس های زیادی را از ایستگاه های رادیویی مختلف دریافت می کند. با چرخاندن دکمه تنظیم فرکانس مدار گیرنده گیرنده رادیویی را تغییر می دهیم.

زمانی که یکی از فرکانس هایی که به آنتن می رسد با این فرکانس منطبق شود، آنگاه این ایستگاه رادیویی را خواهیم شنید.

شومان موج می زند

بین سطح زمین و یونوسفر آن لایه ای وجود دارد که امواج الکترومغناطیسی به خوبی در آن منتشر می شوند. این دالان آسمانی را موجبر می نامند. امواج تولید شده در اینجا می توانند چندین بار دور زمین بچرخند. اما آنها از کجا می آیند؟ معلوم شد که آنها در هنگام رعد و برق رخ می دهند.

پروفسور مونیخ دانشگاه فنیشومان فرکانس آنها را محاسبه کرد. معلوم شد که برابر با 10 هرتز است. اما دقیقا با این ریتم است که مغز انسان نوسان می کند! این حقیقت جالبنمی توانست فقط یک تصادف باشد ما درون یک موجبر غول پیکر زندگی می کنیم که بدن ما را با ریتم خود کنترل می کند.تحقیقات بیشتر این فرض را تایید کرد. معلوم شد که اعوجاج امواج شومان، به عنوان مثال، زمانی که طوفان های مغناطیسیسلامت مردم را بدتر می کند.

آن ها برای رفاه طبیعی انسان، ریتم مهم ترین ارتعاشات بدن انسان باید با فرکانس امواج شومان طنین انداز شود.

مه دود الکترومغناطیسی ناشی از عملکرد وسایل برقی خانگی و صنعتی امواج طبیعی زمین را مخدوش می کند و روابط ظریف ما را با سیاره ما از بین می برد.

تمام اجسام در جهان تابع قوانین تشدید هستند. حتی روابط انسانی نیز تابع این قوانین است. بنابراین، هنگام انتخاب دوستان برای خود، به دنبال افرادی مانند خودمان می گردیم که با آنها علاقه مندیم، و با آنها "در یک طول موج" هستیم.

اگر این پیام برای شما مفید بود، خوشحال می شوم شما را ببینم

فدوتووا ویکتوریا

هدف: مطالعه اطلاعات در مورد رزونانس مکانیکی، کاربرد و حسابداری آن.

اهداف: 1. جمع آوری و نظام مند کردن اطلاعات در مورد استفاده و حسابداری رزونانس مکانیکی در طبیعت، زندگی روزمره و فناوری.

2. آزمایش هایی را برای مشاهده رزونانس مکانیکی نشان دهید.

دانلود:

پیش نمایش:

برای استفاده از پیش نمایش های ارائه، یک حساب کاربری ایجاد کنید ( حساب) گوگل و وارد شوید: https://accounts.google.com

شرح اسلاید:

رزونانس مکانیکی

حداکثر 1602 V 4 F tr

رزونانس مکانیکی ضرر دارد

در 20 ژانویه (2 فوریه) 1905، یک اسکادران از سواره نظام نگهبانی از روی پل زنجیره ای مصر در سن پترزبورگ عبور کردند.

تخریب پل تاکوما در آمریکا در سال 1940

در سال 2010، پلی در ولگوگراد "رقصید"

رزونانس در فناوری 1. 2. 3. 4.

شیپورهای اریحا

حفره های دهان و بینی به عنوان تشدید کننده عمل می کنند

فرکانس سنج

طنین صدا

مضرات رزونانس مکانیکی سود P اعمال می شود در نظر گرفته و کاهش می دهد

پیش نمایش:

پروژه فیزیک "رزونانس مکانیکی"

هدف: مطالعه اطلاعات در مورد رزونانس مکانیکی، کاربرد و حسابداری آن.

اهداف: 1. جمع آوری و نظام مند کردن اطلاعات در مورد استفاده و حسابداری رزونانس مکانیکی در طبیعت، زندگی روزمره و فناوری.

2. آزمایش هایی را برای مشاهده رزونانس مکانیکی نشان دهید.

هر یک از ما یک فعالیت سرگرم کننده را دوست داریم - تاب خوردن روی تاب. هنگام سرگرم کردن خود یا کودک، در یک لحظه کاملاً مشخص نیرو را در جهت مورد نظر اعمال می کنیم. فردی که سعی می کند تاب را با فشار دادن آن در زمان نامناسب تکان دهد، بسیار عجیب به نظر می رسد. چرا در صورت اعمال نیرو در زمان نامناسب، چرخاندن تاب غیرممکن است؟ این سوال برای مدت طولانی بی پاسخ ماند تا اینکه در کلاس فیزیک رزونانس را مطالعه کردیم. این پدیده طبیعی بسیار مرموز است. تصمیم گرفتیم حجاب رازداری را کمی برداریم.

رزونانس مکانیکیپدیده افزایش شدید دامنه نوسانات زمانی است که فرکانس نوسانات اجباری با فرکانس طبیعی سیستم فیزیکی منطبق است.پدیده رزونانسبرای اولین بار شرح داده شد گالیله گالیله در سال 1602 در آثار اختصاص داده شده به مطالعهآونگ ها و تارهای موسیقیاگر اصطکاک در سیستم حداقل باشد رزونانس به وضوح مشاهده می شود.

برای جلوگیری از این پدیده، یا اصطکاک را افزایش دهید یا پارامترهای خود سیستم نوسانی را تغییر دهید.

مانند هر پدیده طبیعی، رزونانس نمی تواند منحصراً مفید یا مضر باشد. در مواقعی که مضر است، آن را در نظر می گیرند و اگر مفید باشد، از آن استفاده می کنند.

هر قسمت، مکانیزم، ماشین یا ساختمان فرکانس ارتعاش خاص خود را دارد. اگر آنها در حین کار تحت تأثیر یک نیروی محرکه قرار گیرند، در صورت همزمانی فرکانس ها، عواقب آن می تواند بسیار خطرناک باشد.

در 20 ژانویه (2 فوریه) 1905، یک اسکادران از سواره نظام نگهبانی از روی پل زنجیره ای مصر در سن پترزبورگ عبور کردند، 11 سورتمه با رانندگان به سمت آن حرکت کردند. در آن لحظه پل روی یخ فونتانکا فرو ریخت. نسخه اصلی این است که ساختار پل نمی تواند ارتعاشات ریتمیک بیش از حد از گام هماهنگ ارتش را تحمل کند، به همین دلیل است که طنین در آن رخ می دهد. این نسخه در آن گنجانده شد برنامه آموزشی مدرسهدر فیزیک به عنوان مثال واضحعلاوه بر این، یک فرماندهی نظامی جدید "برو از مرحله" معرفی شد که قبل از ورود به هر پل به یک ستون رزمی داده می شود. تخریب پل تاکوما به دلیل طنین مشابه در آمریکا در سال 1940 رخ داد، پل در آنجر در فرانسه در سال 1850. در سال 2010، پلی در ولگوگراد "رقصید".

رزونانس مکانیکی می تواند رخ دهد، به عنوان مثال، در طول شتاب روتور یک مکانیسم در برخی از سرعت های متوسط. با افزایش فرکانس، رزونانس متوقف می شود. رزونانس ممکن است در کل مکانیسم رخ ندهد، اما فقط در بخشی از آن. اگر طنین انداز شود، ممکن است پاره شود.

برخی از خلبانان آزمایشی با وحشت گزارش دادند که هواپیمای آنها در حین پرواز ناگهان شروع به لرزیدن کرد و پس از چند دقیقه به معنای واقعی کلمه در هوا متلاشی شد. بررسی چنین مواردی در مورد مقصر حادثه پاسخ داد: طنین بود. هنگامی که موتورها کار می کردند، فرکانس نوسان آنها با فرکانس نوسان طبیعی بدنه هواپیما منطبق بود. دامنه ارتعاشات مدام در حال افزایش بود و هواپیما به سادگی در هوا متلاشی شد. مواردی وجود دارد که کشتی های اقیانوس پیما برای کاهش لرزش باید بازسازی می شدند. هر جسمی فرکانس ارتعاش خاص خود را دارد. و اگر بتوانید همان فرکانس نیروی خارجی را انتخاب کنید، نابودی اجتناب ناپذیر خواهد بود. بارزترین نمونه آن شیپورهای اریحا است. طبق افسانه، هنگامی که آنها در شیپور دمیدند، دیوارهای جریکو فرو ریخت. به همین ترتیب می توانید یک لیوان را بشکنید. و عاشقان شرک پرنده ای را که به دلیل آواز فیونا ترکید را به یاد آوردند. در اینجا شیشه پنجره زمزمه می کرد و بدون هیچ ضربه یا تأثیرات قابل توجه دیگری می لرزید. اما هنگام گوش دادن به موسیقی ملایم، شیشه ای که در کمد ایستاده بود شروع به پاسخ دادن کرد، و در همان نت.

از نظر ذهنی حرکت کنیم به رم باستان، که تراژدی های مختلفی در صحنه کولوسئوم پخش شد. آمفی تئاتر بزرگ به گونه ای طراحی شده است که همه حاضران می توانند حتی یک کلمه زمزمه ای را روی صحنه بشنوند. اینجاست که رزونانس کار می کند. از این گذشته ، سالن های کنسرت مدرن طبق قوانین خاصی ساخته می شوند و شرایطی را برای طنین ایجاد می کنند. بله، و من و شما از آن برای برقراری ارتباط استفاده می کنیم. هنگام صحبت کردن یا آواز خواندن، دهان خود را گرد می کنیم و صدا را افزایش می دهیم. میمون های زوزه کش خیلی بهتر از ما از این پدیده بهره می برند. و قورباغه های معمولی در طول فصل جفت گیری تماس های بسیار بلندی برقرار می کنند. هر دو دارای یک کیسه تشدید کننده هستند که هنگام فریاد زدن آن را باد می کنند. مردم متوجه پدیده رزونانس در طبیعت شدند و شروع به استفاده از آن برای اهداف خود کردند. بسیاری از ما بارها و بارها شکل های ظریف آلات موسیقی را تحسین کرده ایم، اما فقط تعداد کمی از خود این سوال را می پرسند: "چرا یک ویولن به چنین شکلی نیاز دارد؟" و همه چیز در مورد رزونانس است. صداهایی با ارتفاع های مختلف در مکان های مختلف ساز منحنی پیچیده طنین انداز می شوند. اندازه تمام تقویت کننده های صوتی متناسب با رزونانس است. به محض اینکه کمی آنها را تغییر دهید، صدا بلافاصله "ناپدید می شود". صدای صدف دریایی نیز توسط رزونانس ایجاد می شود.

عمل دستگاهی که به شما امکان می دهد فرکانس نوسانات را اندازه گیری کنید بر اساس پدیده رزونانس است. این دستگاه نام داردفرکانس سنج فرکانس ارتعاشات مکانیکی معمولاً با استفاده از ارتعاشات مکانیکی و الکتریکی اندازه گیری می شودفرکانس شمار .، همراه با مبدل ارتعاشات مکانیکی به الکتریکی استفاده می شود. ساده ترین مکانیک ارتعاشفرکانس سنج، عمل آن بر اساس رزونانس است، مجموعه ای از صفحات الاستیک است که در یک انتها بر روی یک پایه مشترک تقویت شده اند. صفحات با توجه به طول و وزن انتخاب می شوند به طوری که فرکانس ارتعاشات خود یک مقیاس گسسته خاص را تشکیل می دهد که در آن مقدار فرکانس اندازه گیری شده تعیین می شود. ارتعاشات مکانیکی که بر روی پایه اعمال می شودفرکانس سنج ، باعث ایجاد ارتعاش در صفحات الاستیک می شود که بیشترین دامنه ارتعاشات در صفحه ای مشاهده می شود که فرکانس طبیعی آن برابر (یا نزدیک به مقدار) با فرکانس اندازه گیری شده است.

آزمایش هایی برای مشاهده رزونانس.

1. بیایید چند آونگ را از یک طناب ثابت در قفسه ها آویزان کنیم طول های مختلف. بیایید آونگ را منحرف کنیمآ از وضعیت تعادل و آن را به حال خود رها کنید. آزادانه نوسان می کند و با مقداری نیروی دوره ای روی طناب عمل می کند. طناب به نوبه خود روی آونگ های باقی مانده عمل می کند. در نتیجه، تمام آونگ ها شروع به انجام نوسانات اجباری با فرکانس نوسانات آونگ خواهند کرد.آ . خواهیم دید که تمام آونگ ها با فرکانس برابر با فرکانس نوسانات آونگ شروع به نوسان خواهند کرد.آ . با این حال، دامنه آنها از نوسانات، به جز آونگسی ، کمتر از دامنه نوسانات آونگ خواهد بودآ. آونگ C ، که طول آن برابر با طول آونگ استآ ، بسیار قوی نوسان خواهد کرد. در نتیجه، آونگ دارای بیشترین دامنه نوسان است که فرکانس طبیعی نوسانات آن با فرکانس نیروی محرکه منطبق است. در این صورت می گویند رعایت شده استرزونانس
2. بیایید دو چنگال تنظیم یکسان را در کنار هم قرار دهیم، آنها را به سمت یکدیگر در آن طرف جعبه ها که هیچ دیواری وجود ندارد بچرخانیم. بیایید چنگال تنظیم سمت چپ را با چکش بزنیم. در یک ثانیه آن را با دستان خود غرق خواهیم کرد. صدای کوک دوم را خواهیم شنید که نخوردیم. آنها می گویند که چنگال تنظیم درست استطنین انداز می کند، یعنی انرژی امواج صوتی را از چنگال تنظیم سمت چپ می گیرد و در نتیجه دامنه ارتعاشات خود را افزایش می دهد.

نتیجه گیری: با مطالعه پدیده رزونانس مکانیکی، مشخص شد که این پدیده پیچیده ای است. باید آن را به خاطر بسپارید و در نظر بگیرید، زیرا می تواند سود و ضرر داشته باشد. اگر رزونانس مفید باشد استفاده و اعمال می شود و اگر مضر باشد به آن توجه می شود و از اثر طنین کاسته می شود.

پدیده های رزونانسبا حرکت نوسانی دوره‌ای الکترون‌ها در یک مدار مرتبط هستند و شامل این واقعیت است که الکترون‌ها در یک مدار نوسانی معین به آسانی با فرکانس خاصی که ما آن را رزونانس می‌نامیم «نوسان» می‌کنند. ما در همه جا با حرکت نوسانی دوره ای مواجه می شویم. نوسان یک آونگ، ارتعاش یک رشته، حرکت یک تاب - همه اینها نمونه هایی از حرکت نوسانی هستند.

به عنوان مثال، سیستم نوسانی نشان داده شده در شکل 1 را در نظر بگیرید. این سیستم، همانطور که در ادامه خواهیم دید، اشتراکات زیادی با یک مدار نوسانی الکتریکی دارد. این شامل یک فنر و یک توپ عظیم است که به یک میله متصل است.

تصویر 1. مدل مکانیکی مدار نوسانیالقای جرم، انعطاف پذیری-خازن، مقاومت در برابر اصطکاک.

اگر توپ را از حالت تعادلش به پایین بکشیم، آنگاه تحت عمل فنر فوراً به عقب برمی گردد. با این حال، با به دست آوردن سرعت مشخص، توپ در نقطه تعادل متوقف نمی شود، بلکه با اینرسی بیشتر می پرد، که باعث تغییر شکل (فشرده شدن) جدید فنر می شود. سپس این روند در جهت مخالف و غیره تکرار می شود. توپ در یک جهت و در جهت دیگر نوسان می کند تا زمانی که انرژی وارد شده به فنر هنگام انحراف توپ صرف اصطکاک شود.

به راحتی می توان متوجه شد که وقتی توپ در حال نوسان است، انرژی وارد شده به سیستم دائماً از انرژی تغییر شکل (فشردگی و گسترش) فنر به انرژی حرکت توپ و عقب منتقل می شود. در مکانیک انرژی نوع اول را انرژی پتانسیل و نوع دوم را انرژی جنبشی می نامند.

هنگامی که توپ در یکی از موقعیت های شدید خود قرار می گیرد، برای لحظه ای می ایستد. در این لحظه انرژی حرکت آن صفر است. اما فنر در این لحظه به شدت تغییر شکل داده است: یا فشرده یا کشیده. بنابراین شامل بزرگترین عددانرژی. در همان لحظه ای که توپ از موقعیت تعادل با بیشترین سرعت عبور می کند، بیشترین انرژی را دارد، اما انرژی فنر در این لحظه صفر است، زیرا فشرده یا کشیده نشده است.

با انحراف توپ در فواصل مختلف و مشاهده هر بار فرکانس نوسانات آزاد بعدی سیستم، متوجه می شویم که فرکانس نوسانات سیستم همیشه ثابت می ماند. به عبارت دیگر، به بزرگی انحراف اولیه بستگی ندارد. ما این فرکانس را می نامیم فرکانس طبیعیسیستم های.

اگر ما نه یک چنین سیستم، بلکه چندین سیستم را در اختیار داشتیم، می‌توانیم متقاعد شویم که فرکانس طبیعی نوسانات آزاد سیستم با افزایش جرم توپ کاهش می‌یابد و با افزایش کشش، یعنی با کاهش انعطاف‌پذیری فنر، افزایش می‌یابد. . این وابستگی را می توان در موارد بیشتری یافت مثال سادهبا رشته های ارتعاشی با ضخامت های مختلف و درجات کشش متفاوت.

اگر بخواهیم توپ را با کمترین تلاش بچرخانیم، البته اولاً سعی می کنیم تناوب دقیقی از فشارهای خود ایجاد کنیم، یعنی سعی می کنیم اطمینان حاصل کنیم که هل ها پس از یک بار همدیگر را دنبال می کنند. زمان معین و ثانیاً سعی خواهیم کرد تا فاصله زمانی بین شوک ها برابر با دوره نوسانات طبیعی سیستم باشد (شکل 2).

شکل 2. مدل مکانیکی یک مدار نوسانی با نوسانات بدون میرافرکانس نیروی اجباری برابر با فرکانس طبیعی سیستم (رزونانس) است.

برای اینکه سیستم نوسانی را با کمترین تلاش به حرکت درآوریم، باید فرکانس نیروی محرکه را با فرکانس طبیعی نوسان سیستم برابر کنیم. این قانون از آن زمان برای همه ما بسیار شناخته شده است دوران کودکی، زمانی که در حین تاب خوردن روی تاب از آن استفاده می کردیم.

شکل 3. پدیده رزونانس با استفاده از مثال تاب.

بنابراین، هنگامی که فرکانس نیروی محرکه با فرکانس طبیعی نوسانات سیستم منطبق می شود، دامنه نوسانات بیشترین مقدار می شود.

بنابراین، باید گفت که همزمانی فرکانس نیروی محرکه با فرکانس طبیعی نوسانات سیستم برابر است. رزونانس.

برای نمونه هایی از رزونانس لازم نیست خیلی دور بگردید. شیشه پنجرههر بار که تراموا یا کامیون از آنجا می گذرد با فرکانس خاصی می لرزد. ارتعاش رشته ساز موسیقیپس از اینکه سیم همسایه را لمس کردیم، هماهنگ با اولین و غیره تنظیم شد - همه اینها پدیده های رزونانسی هستند.

اجازه دهید خازن را با مقداری برق شارژ کنیم (شکل 4، الف) و سپس آن را به سلف ببندیم (شکل 4، ب). خازن بلافاصله شروع به تخلیه می کند. یک جریان تخلیه از طریق سلف جریان می یابد و ظهور جریان در سیم پیچ منجر به ظهور میدان مغناطیسی در اطراف آن می شود. در این حالت یک emf خود القایی در سیم پیچ ایجاد می شود که تخلیه خازن را به تاخیر می اندازد. هنگامی که خازن تخلیه می شود، جریان در سیم پیچ متوقف نمی شود، زیرا به دلیل انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی سیم پیچ در هنگام تخلیه خازن، اکنون توسط emf خود القایی پشتیبانی می شود. این جریان ادامه دار خازن را در جهت مخالف شارژ می کند، یعنی صفحه ای که قبلا مثبت بود منفی می شود و بالعکس (شکل 4، ج).

شکل 4. در بالا - الکتریکی، در پایین - مکانیکی.

پس از این، خازن دوباره شروع به تخلیه، شارژ مجدد می کند (شکل 4، d، e) و غیره. انرژی حرارتی. هر چه زودتر این اتفاق بیفتد، مقاومت فعال مدار بیشتر می شود.

بنابراین، تخلیه یک خازن از طریق یک سلف یک فرآیند نوسانی است. در طی این فرآیند، خازن چندین بار شارژ و دشارژ می شود، انرژی به طور متناوب از میدان الکتریکی خازن به میدان مغناطیسی سیم پیچ و بالعکس منتقل می شود.

شکل 5. نوسانات در یک مدار نوسانی.

نوسانات جریانی که در طول این تخلیه رخ می دهد ماهیت میرایی دارند (شکل 6).

شکل 6. نوسانات میرا در مدار.

فرکانس نوسان برای مقادیر انتخاب شده خازن و اندوکتانس یک مقدار کاملاً مشخص است و فرکانس طبیعی مدار نامیده می شود. فرکانس طبیعی مدار بیشتر خواهد بود، هر چه ظرفیت و اندوکتانس مدار کمتر باشد.

اگر منبعی به مدار نوسانی وارد شود جریان متناوبکه فرکانس آن با فرکانس طبیعی مدار منطبق است، سپس نوسانات در مدار به بیشترین مقدار می رسد، یعنی پدیده رزونانس رخ می دهد.

می توان یک موازی گسترده بین ارتعاشات الکتریکی و مکانیکی ترسیم کرد.

روی میز 1 در سمت چپ کمیت ها و پدیده های الکتریکی و در سمت راست کمیت ها و پدیده های مشابه از حوزه مکانیک در رابطه با مدل مکانیکی مدار نوسانی ما هستند.

ممان های مختلف نوسان الکتریکی و ممان های نوسان متناظر مدل مکانیکی مدار نوسانی ما در شکل 4 نشان داده شده است.