"Osilasi dan gelombang mekanis" - Isi. Osilasi Diri Paksa Gratis. Getaran mekanis. Hukum refleksi. Ombak. Perambatan getaran dari titik ke titik (partikel ke partikel) dalam ruang dari waktu ke waktu. Frekuensi siklik dan periode osilasi adalah sama, masing-masing: Sebuah titik material tetap pada pegas yang benar-benar elastis.

"Frekuensi getaran" - Apa yang disebut nada murni? Kecepatan suara. Paling sering, zat ini adalah udara. Ultrasound digunakan untuk mendeteksi berbagai cacat pada bagian cor. Masing-masing dari kita akrab dengan fenomena suara seperti gema. Cepat rambat bunyi bergantung pada sifat medium tempat bunyi merambat. infrasonik.

"Osilasi bebas" - Dari hukum Ohm untuk bagian dari rangkaian arus bolak-balik: Fluks magnet melalui bidang bingkai: Persamaan untuk perubahan muatan q pada pelat kapasitor dari waktu ke waktu: Osilasi elektromagnetik teredam. Frekuensi siklik dari osilasi elektromagnetik bebas dalam rangkaian: Osilasi elektromagnetik bebas.

"Getaran mekanis" - Getaran dan gelombang mekanis. Panjang gelombang (?) adalah jarak antara partikel terdekat yang berosilasi dalam fase yang sama. Membujur. Dipaksa. Grafik getaran harmonik. Gelombang - perambatan getaran di ruang dari waktu ke waktu. Frekuensi osilasi adalah jumlah osilasi lengkap per satuan waktu.

"Fisika Osilasi dan gelombang" - Gbr. 53. Generalisasi topik Sastra untuk pekerjaan: 1. Fisika-9 - buku teks 2. Fisika -8 penulis Gromov 3. Fisika, manusia, lingkungan. (lampiran buku teks). Setelah mempelajari topik Ombak dan Ombak, Anda harus... Ombak dan Ombak. Mengetahui: persamaan getaran harmonik dan penentuan sifat-sifat getaran: amplitudo, periode, frekuensi getaran; definisi gelombang mekanik, transversal dan longitudinal; karakteristik gelombang: panjang, kecepatan; contoh penggunaan gelombang suara dalam teknologi.

"Osilasi harmonik" - A1 - amplitudo osilasi pertama. ketukan. optik geometris dan gelombang. Kuznetsov Sergey Ivanovich Associate Professor dari Departemen Pendidikan Jasmani, ENMF TPU. (2.2.4). Gambar 5. Amplitudo A dari osilasi yang dihasilkan tergantung pada perbedaan fase awal. Osilasi pada antifase. (2.2.5). Grafis; geometrik, menggunakan vektor amplitudo (metode diagram vektor).

Total ada 14 presentasi dalam topik

Definisi konsep resonansi (respon) dalam fisika diberikan kepada teknisi khusus yang memiliki grafik statistik yang sering menjumpai fenomena ini. Hari ini, resonansi adalah respons selektif frekuensi, di mana sistem getaran atau peningkatan tajam dalam gaya eksternal memaksa sistem lain untuk berosilasi dengan amplitudo yang lebih besar pada frekuensi tertentu.

Prinsip operasi

Fenomena ini diamati ketika sistem mampu menyimpan dan dengan mudah mentransfer energi antara dua atau lebih mode penyimpanan yang berbeda seperti energi kinetik dan potensial. Namun, ada beberapa kerugian dari siklus ke siklus, yang disebut atenuasi. Ketika redaman diabaikan, frekuensi resonansi kira-kira sama dengan frekuensi alami sistem, yang merupakan frekuensi getaran paksa.

Fenomena ini terjadi dengan semua jenis osilasi atau gelombang: mekanik, akustik, elektromagnetik, magnet nuklir (NMR), spin elektronik (EPR) dan resonansi fungsi gelombang kuantum. Sistem semacam itu dapat digunakan untuk menghasilkan getaran dengan frekuensi tertentu (misalnya, alat musik).

Istilah "resonansi" (dari bahasa Latin resonantia, "echo") berasal dari bidang akustik, terutama diamati pada alat musik, misalnya, ketika senar mulai bergetar dan menghasilkan suara tanpa terpengaruh langsung oleh pemainnya.

Mendorong seorang pria di ayunan adalah contoh umum dari fenomena ini. Sebuah ayunan yang dimuat, pendulum memiliki frekuensi osilasi alami dan frekuensi resonansi yang menolak didorong lebih cepat atau lebih lambat.

Contohnya adalah ayunan proyektil di taman bermain, yang bertindak seperti bandul. Menekan seseorang saat berayun pada interval ayunan alami menyebabkan ayunan menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi (amplitudo maksimum), sementara upaya untuk mengayun dengan kecepatan lebih cepat atau lebih lambat menciptakan busur yang lebih kecil. Ini karena energi yang diserap oleh getaran meningkat ketika guncangan sesuai dengan getaran alami.

Responnya banyak ditemukan di alam dan digunakan di banyak perangkat buatan. Ini adalah mekanisme dimana hampir semua gelombang sinus dan getaran dihasilkan. Banyak suara yang kita dengar, seperti saat benda keras yang terbuat dari logam, kaca, atau kayu dipukul, disebabkan oleh getaran pendek pada benda tersebut. Cahaya dan radiasi elektromagnetik panjang gelombang pendek lainnya dihasilkan oleh resonansi skala atom, seperti elektron dalam atom. Kondisi lain di mana sifat menguntungkan dari fenomena ini dapat diterapkan:

• Mekanisme penunjuk waktu pada jam tangan modern, roda keseimbangan pada jam tangan mekanis, dan kristal kuarsa pada jam tangan.
• Tanggapan pasang surut Teluk Fundy.
• Resonansi akustik alat musik dan saluran vokal manusia.
• Penghancuran gelas kristal di bawah pengaruh nada musik yang tepat.
• Idiofon friksi, seperti membuat benda kaca (gelas, botol, vas bunga), bergetar saat digosok di sekitar tepinya dengan ujung jari.
• Respons listrik dari sirkuit yang disetel di radio dan televisi yang memungkinkan penerimaan frekuensi radio secara selektif.
• Penciptaan cahaya koheren oleh resonansi optik dalam rongga laser.
• Respon orbital, dicontohkan oleh beberapa bulan raksasa gas tata surya.

Resonansi material pada skala atom merupakan dasar dari beberapa metode spektroskopi yang digunakan dalam fisika benda terkondensasi, misalnya:

• Putaran elektronik.
• Efek Mossbauer.
• Magnetik nuklir.

Jenis fenomena

Dalam menggambarkan resonansi, G. Galileo hanya menarik perhatian pada hal yang paling signifikan - kemampuan sistem osilasi mekanis (bandul berat) untuk mengumpulkan energi yang disuplai dari sumber eksternal dengan frekuensi tertentu. Manifestasi resonansi memiliki ciri-ciri tertentu dalam sistem yang berbeda dan karena itu membedakan jenisnya yang berbeda.

Mekanik dan akustik

Ini adalah kecenderungan sistem mekanis untuk menyerap lebih banyak energi ketika frekuensi getarannya sesuai dengan frekuensi getaran alami sistem. Hal ini dapat menyebabkan fluktuasi lalu lintas yang parah dan bahkan kegagalan bencana pada struktur yang belum selesai, termasuk jembatan, gedung, kereta api, dan pesawat terbang. Saat merancang objek, insinyur harus memastikan bahwa frekuensi resonansi mekanis dari bagian komponen tidak sesuai dengan frekuensi getaran motor atau bagian berosilasi lainnya untuk menghindari fenomena yang dikenal sebagai gangguan resonansi.

resonansi listrik

Terjadi dalam rangkaian listrik pada frekuensi resonansi tertentu ketika impedansi rangkaian minimum dalam rangkaian seri atau maksimum dalam rangkaian paralel. Resonansi di sirkuit digunakan untuk mengirim dan menerima komunikasi nirkabel seperti komunikasi televisi, seluler, atau radio.

Resonansi optik

Rongga optik, juga disebut rongga optik, adalah susunan khusus cermin yang membentuk resonator gelombang berdiri untuk gelombang cahaya. Rongga optik adalah komponen utama laser yang mengelilingi media amplifikasi dan memberikan umpan balik radiasi laser. Mereka juga digunakan dalam osilator parametrik optik dan beberapa interferometer.

Cahaya terbatas dalam rongga mereproduksi gelombang berdiri berulang kali untuk frekuensi resonansi tertentu. Pola gelombang berdiri yang dihasilkan disebut "mode". Mode longitudinal hanya berbeda dalam frekuensi, sedangkan mode transversal berbeda untuk frekuensi yang berbeda dan memiliki pola intensitas yang berbeda di seluruh penampang balok. Resonator cincin dan galeri bisikan adalah contoh resonator optik yang tidak menghasilkan gelombang berdiri.

Fluktuasi orbit

Dalam mekanika ruang, respons orbital muncul, ketika dua benda yang mengorbit memberikan pengaruh gravitasi periodik yang teratur satu sama lain. Ini biasanya karena periode orbitnya terkait dengan rasio dua bilangan bulat kecil. Resonansi orbital sangat meningkatkan pengaruh gravitasi timbal balik dari benda-benda. Dalam kebanyakan kasus, ini menghasilkan interaksi yang tidak stabil di mana benda bertukar momentum dan perpindahan sampai resonansi tidak ada lagi.

Dalam beberapa keadaan, sistem resonansi dapat stabil dan mengoreksi diri sehingga tubuh tetap dalam resonansi. Contohnya adalah resonansi 1:2:4 dari bulan-bulan Jupiter Ganymede, Europa, dan Io, dan resonansi 2:3 antara Pluto dan Neptunus. Resonansi yang tidak stabil dengan bulan-bulan dalam Saturnus menciptakan celah di cincin Saturnus. Kasus khusus resonansi 1:1 (antara benda-benda dengan jari-jari orbit yang sama) menyebabkan benda-benda besar Tata Surya membersihkan lingkungan di sekitar orbitnya, mendorong hampir semua benda lain di sekitarnya.

Atom, parsial, dan molekuler

Resonansi Magnetik Nuklir (NMR) adalah nama yang diberikan untuk fenomena resonansi fisik yang terkait dengan pengamatan sifat magnetik mekanika kuantum spesifik dari inti atom jika ada medan magnet eksternal. Banyak metode ilmiah menggunakan fenomena NMR untuk mempelajari fisika molekuler, kristal dan bahan non-kristal. NMR juga biasa digunakan dalam teknik pencitraan medis modern seperti magnetic resonance imaging (MRI).

Manfaat dan bahaya resonansi

Untuk menarik kesimpulan tentang pro dan kontra resonansi, perlu untuk mempertimbangkan dalam kasus apa ia dapat memanifestasikan dirinya paling aktif dan nyata untuk aktivitas manusia.

Efek positif

Fenomena respon banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.. Misalnya, pengoperasian banyak sirkuit dan perangkat teknik radio didasarkan pada fenomena ini.

dampak negatif

Namun, fenomena tersebut tidak selalu bermanfaat.. Anda sering dapat menemukan referensi untuk kasus-kasus ketika jembatan gantung putus ketika tentara berjalan di atasnya "berjalan". Pada saat yang sama, mereka merujuk pada manifestasi efek resonansi dari dampak resonansi, dan perjuangan melawannya menjadi skala besar.

Melawan Resonansi

Tetapi terlepas dari konsekuensi yang kadang-kadang menjadi bencana dari efek respons, sangat mungkin dan perlu untuk melawannya. Untuk menghindari kejadian yang tidak diinginkan dari fenomena ini, biasanya digunakan dua cara untuk secara bersamaan menerapkan resonansi dan menghadapinya:

1. Ada "pemisahan" frekuensi, yang, jika kebetulan, akan menyebabkan konsekuensi yang tidak diinginkan. Untuk melakukan ini, tingkatkan gesekan berbagai mekanisme atau ubah frekuensi alami sistem.
2. Mereka meningkatkan redaman getaran, misalnya, menempatkan mesin pada lapisan karet atau pegas.

Pernahkah Anda mendengar bahwa detasemen tentara, yang melintasi jembatan, harus berhenti berbaris? Prajurit yang sebelumnya berjalan selangkah berhenti melakukan ini dan mulai berjalan dengan langkah bebas.

Perintah seperti itu diberikan oleh para komandan sama sekali bukan dengan tujuan memberikan kesempatan kepada para prajurit untuk mengagumi keindahan-keindahan lokal. Hal ini dilakukan agar para prajurit tidak merusak jembatan tersebut. Apa hubungannya di sini? Sangat sederhana. Untuk memahami hal ini, seseorang harus terbiasa dengan fenomena resonansi.

Apa fenomena resonansi: frekuensi osilasi

Untuk mempermudah memahami apa itu resonansi, ingatlah kesenangan yang sederhana dan menyenangkan seperti mengendarai ayunan gantung. Satu orang duduk di atasnya, dan yang kedua berayun.

Dan menerapkan kekuatan yang sangat kecil, bahkan seorang anak dapat mengguncang orang dewasa dengan sangat kuat. Bagaimana dia mencapai ini? Frekuensi goyangannya bertepatan dengan frekuensi ayunannya, terjadi resonansi, dan amplitudo goyangannya sangat meningkat. Sesuatu seperti ini. Tapi hal pertama yang pertama.

Frekuensi osilasi adalah jumlah getaran dalam satu detik. Dalam hal ini, diukur bukan dalam waktu, tetapi dalam hertz (1 Hz). Artinya, frekuensi osilasi 50 hertz berarti benda membuat 50 osilasi per detik.

Dalam kasus osilasi paksa, selalu ada tubuh yang berosilasi sendiri (atau, dalam kasus kami, berosilasi) dan kekuatan pendorong. Jadi kekuatan pihak ketiga ini bekerja dengan frekuensi tertentu pada tubuh.

Dan jika frekuensinya sangat berbeda dari frekuensi getaran tubuh itu sendiri, maka gaya eksternal akan membantu tubuh berosilasi secara lemah atau, secara ilmiah, meningkatkan getarannya dengan lemah.

Misalnya, jika Anda mencoba mengayunkan seseorang di ayunan, mendorongnya pada saat dia terbang ke arah Anda, Anda dapat memukul tangan Anda, melempar orang itu, tetapi Anda tidak akan banyak mengayunkannya.

Tetapi jika Anda mengayunkannya, mendorong ke arah gerakan, maka Anda perlu sedikit usaha untuk mencapai hasil. Ini adalah apa itu frekuensi kebetulan atau resonansi osilasi. Pada saat yang sama, amplitudo mereka sangat meningkat.

Contoh osilasi resonansi: manfaat dan bahaya

Demikian pula, saat mengendarai ayunan papan, lebih mudah dan lebih efisien untuk mendorong tanah dengan kaki Anda saat sisi ayunan Anda sudah naik, bukan saat turun.

Untuk alasan yang sama, sebuah mobil yang terjebak dalam lubang secara bertahap diguncang dan didorong ke depan pada saat mobil itu sendiri bergerak maju. Jadi secara signifikan meningkatkan inersianya, meningkatkan amplitudo osilasi.

Anda dapat memberikan banyak contoh serupa yang menunjukkan bahwa dalam praktiknya kita sangat sering menggunakan fenomena resonansi, hanya saja kita melakukannya secara intuitif, tanpa menyadari bahwa kita sedang menerapkan aturan fisika.

Kegunaan fenomena resonansi telah dibahas di atas. Namun, resonansi bisa berbahaya. Terkadang peningkatan amplitudo osilasi yang dihasilkan bisa sangat berbahaya. Secara khusus, kami berbicara tentang kompi tentara di jembatan.

Jadi ada beberapa kasus dalam sejarah ketika, di bawah langkah tentara, jembatan benar-benar runtuh dan jatuh ke air. Yang terakhir terjadi sekitar seratus tahun yang lalu di St. Petersburg. Dalam kasus seperti itu, frekuensi pukulan sepatu bot tentara bertepatan dengan frekuensi getaran jembatan, dan jembatan runtuh.

Berjalan di sepanjang papan yang dilemparkan ke parit, seseorang dapat masuk ke dalam resonansi dengan periode sistem itu sendiri (papan dengan seseorang di atasnya), dan kemudian papan mulai berosilasi dengan kuat (membungkuk ke atas dan ke bawah). Hal yang sama dapat terjadi dengan jembatan yang dilewati oleh unit militer atau kereta api (gaya periodik disebabkan oleh tendangan atau benturan roda pada persimpangan rel). Misalnya, pada tahun 1906 Di St. Petersburg, jembatan Mesir yang melintasi Sungai Fontanka runtuh. Itu terjadi saat melintasi jembatan. skuadron kavaleri, dan langkah kuda yang jelas, terlatih sempurna dalam pawai seremonial, jatuh ke dalam resonansi dengan periode jembatan. Untuk mencegah kasus seperti itu, ketika melintasi jembatan, unit militer biasanya diperintahkan untuk tidak "mengikuti kecepatan", tetapi untuk berjalan dengan bebas. Kereta api, sebagian besar, melintasi jembatan dengan kecepatan lambat, sehingga periode tumbukan roda pada sambungan rel jauh lebih lama daripada periode getaran bebas jembatan. Kadang-kadang metode kebalikan dari periode "detuning" digunakan: kereta bergegas melewati jembatan dengan kecepatan maksimum. Kebetulan periode tumbukan roda di persimpangan rel bertepatan dengan periode getaran mobil pada pegas, dan kemudian mobil bergoyang sangat kuat. Kapal juga memiliki periode ayunan sendiri di atas air. Jika gelombang laut resonansi dengan periode kapal, maka pitching menjadi sangat kuat. Kapten kemudian mengubah kecepatan kapal atau haluannya. Akibatnya, periode gelombang yang menyerang kapal berubah (karena perubahan kecepatan relatif kapal dan kemauan) dan menjauh dari resonansi. Ketidakseimbangan mesin dan mesin (kesejajaran yang tidak memadai, defleksi poros) adalah alasan bahwa selama pengoperasian mesin-mesin ini, gaya periodik muncul yang bekerja pada penyangga mesin - fondasi, lambung kapal, dll. Periode gaya dapat bertepatan dengan periode osilasi bebas tumpuan atau, misalnya, dengan periode getaran lentur poros yang berputar itu sendiri atau dengan periode getaran puntir poros ini. Resonansi diperoleh, dan osilasi paksa bisa begitu kuat sehingga menghancurkan fondasi, mematahkan poros, dll. Dalam semua kasus seperti itu, tindakan khusus diambil untuk menghindari resonansi atau melemahkan efeknya (pengurangan periode, peningkatan redaman - redaman, dll. ). Jelas, untuk mendapatkan rentang osilasi paksa tertentu dengan bantuan gaya periodik terkecil, perlu untuk bertindak dalam resonansi. Bahkan seorang anak dapat mengayunkan lidah yang berat dari lonceng besar jika dia menarik tali dengan periode osilasi bebas dari lidah. Tetapi orang terkuat tidak akan mengayunkan lidahnya, menarik tali keluar dari resonansi.

Resonansi. Aplikasinya

Resonansi dalam rangkaian osilasi listrik disebut fenomena peningkatan tajam dalam amplitudo osilasi paksa dari kekuatan arus ketika frekuensi tegangan bolak-balik eksternal bertepatan dengan frekuensi alami dari rangkaian osilasi.

Penggunaan Resonansi dalam pengobatan

Pencitraan resonansi magnetik, atau disingkat MRI, dianggap sebagai salah satu metode diagnostik radiasi yang paling dapat diandalkan. Keuntungan yang jelas dari menggunakan metode ini untuk memeriksa keadaan tubuh adalah bahwa itu bukan radiasi pengion dan memberikan hasil yang cukup akurat dalam mempelajari sistem otot dan artikular tubuh, ini membantu dengan probabilitas tinggi untuk mendiagnosis berbagai penyakit. tulang belakang dan sistem saraf pusat.

Proses pemeriksaan itu sendiri cukup sederhana dan sama sekali tidak menyakitkan - yang Anda dengar hanyalah suara keras, tetapi headphone yang akan diberikan dokter kepada Anda sebelum prosedur terlindungi dengan baik darinya. Hanya ada dua jenis ketidaknyamanan yang tidak bisa dihindari. Pertama-tama, ini berlaku untuk orang-orang yang takut akan ruang terbatas - pasien yang didiagnosis berbaring di tempat tidur horizontal dan relai otomatis memindahkannya ke dalam pipa sempit dengan medan magnet yang kuat, di mana ia tinggal selama sekitar 20 menit. Selama diagnosis, Anda tidak boleh bergerak agar hasilnya seakurat mungkin. Ketidaknyamanan kedua yang disebabkan oleh pencitraan resonansi dalam studi panggul kecil adalah kebutuhan untuk kandung kemih penuh.

Jika orang yang Anda cintai ingin hadir selama diagnosis, mereka diminta untuk menandatangani dokumen informasi, yang menurutnya mereka terbiasa dengan aturan perilaku di ruang diagnostik dan tidak memiliki kontraindikasi untuk berada di dekat medan magnet yang kuat. Salah satu alasan ketidakmungkinan berada di ruang kontrol MRI adalah adanya komponen logam asing di dalam tubuh.

Penggunaan resonansi dalam komunikasi radio

Fenomena resonansi listrik banyak digunakan dalam komunikasi radio. Gelombang radio dari stasiun pemancar yang berbeda membangkitkan arus bolak-balik dari frekuensi yang berbeda di antena penerima radio, karena setiap stasiun radio pemancar beroperasi pada frekuensinya sendiri. Sirkuit osilasi terhubung secara induktif ke antena (Gbr. 4.20). Karena induksi elektromagnetik, EMF bolak-balik dari frekuensi yang sesuai dan osilasi paksa dari kekuatan arus dari frekuensi yang sama terjadi dalam kumparan loop. Tetapi hanya pada resonansi, osilasi kekuatan arus dalam rangkaian dan tegangan di dalamnya akan signifikan, yaitu, dari osilasi berbagai frekuensi yang dieksitasi dalam antena, rangkaian hanya memilih frekuensi yang sama dengan frekuensinya sendiri. Tuning rangkaian ke frekuensi yang diinginkan biasanya dilakukan dengan mengubah kapasitansi kapasitor. Ini biasanya terdiri dari menyetel radio ke stasiun radio tertentu. Kebutuhan untuk memperhitungkan kemungkinan resonansi di sirkuit listrik. Dalam beberapa kasus, resonansi dalam rangkaian listrik dapat menyebabkan kerusakan besar. Jika rangkaian tidak dirancang untuk bekerja dalam kondisi resonansi, maka kejadiannya dapat menyebabkan kecelakaan.

Arus yang terlalu tinggi dapat membuat kabel menjadi terlalu panas. Tegangan besar menyebabkan kerusakan isolasi.

Kecelakaan semacam ini sering terjadi relatif baru-baru ini, ketika hukum osilasi listrik kurang dipahami dan mereka tidak tahu cara menghitung rangkaian listrik dengan benar.

Dengan osilasi elektromagnetik paksa, resonansi dimungkinkan - peningkatan tajam dalam amplitudo osilasi arus dan tegangan ketika frekuensi tegangan bolak-balik eksternal bertepatan dengan frekuensi osilasi alami. Semua komunikasi radio didasarkan pada fenomena resonansi.