„Oscilații mecanice și unde” – Cuprins. Auto-oscilații forțate libere. Vibrații mecanice. Legile reflexiei. Valuri. Propagarea vibrațiilor de la un punct la altul (particulă la particulă) în spațiu în timp. Frecvența ciclică și perioada de oscilație sunt egale, respectiv: Un punct material fixat pe un arc absolut elastic.

„Frecvența vibrațiilor” - Ce se numește un ton pur? Viteza sunetului. Cel mai adesea, această substanță este aerul. Ultrasunetele sunt folosite pentru a detecta diferite defecte ale pieselor turnate. Fiecare dintre noi este familiarizat cu un astfel de fenomen sonor precum un ecou. Viteza sunetului depinde de proprietățile mediului în care se propagă sunetul. infrasunete.

„Oscilații libere” - Din legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit de curent alternativ: Flux magnetic Ф prin planul cadrului: Ecuația pentru modificarea sarcinii q pe plăcile condensatorului în timp: Oscilații electromagnetice amortizate. Frecvența ciclică a oscilațiilor electromagnetice libere în circuit: Oscilații electromagnetice libere.

„Vibrații mecanice” – Vibrații și unde mecanice. Lungimea de undă (?) este distanța dintre cele mai apropiate particule care oscilează în aceeași fază. Longitudinal. Forţat. Graficul oscilațiilor armonice. Unde - propagarea vibrațiilor în spațiu în timp. Frecvența de oscilație este numărul de oscilații complete pe unitatea de timp.

„Fizica Oscilații și unde” - Fig. 53. Generalizarea temei Literatura de lucru: 1. Fizica-9 - manual 2. Fizica -8. autor Gromov 3. Fizica, om, mediu. (anexă la manual). După ce ați studiat subiectul Valuri și valuri, trebuie să... Valuri și valuri. Cunoașteți: ecuația oscilațiilor armonice și determinarea caracteristicilor oscilațiilor: amplitudinea, perioada, frecvența oscilațiilor; definițiile undelor mecanice, transversale și longitudinale; caracteristicile undei: lungime, viteza; exemple de utilizare a undelor sonore în tehnologie.

„Oscilații armonice” - A1 - amplitudinea primei oscilații. bate. Optica geometrică și ondulată. Kuznetsov Serghei Ivanovici Profesor asociat al Departamentului de Educație Fizică, ENMF TPU. (2.2.4). Figura 5. Amplitudinea A a oscilației rezultate depinde de diferența dintre fazele inițiale. Oscilații în antifază. (2.2.5). Grafic; geometric, folosind vectorul amplitudine (metoda diagramei vectoriale).

În total sunt 14 prezentări la subiect

Definiția conceptului de rezonanță (răspuns) în fizică este atribuită tehnicienilor speciali care au grafice statistice care întâlnesc adesea acest fenomen. Astăzi, rezonanța este un răspuns selectiv în funcție de frecvență, în care un sistem vibrator sau o creștere bruscă a unei forțe externe forțează un alt sistem să oscileze cu o amplitudine mai mare la anumite frecvențe.

Principiul de funcționare

Se observă acest fenomen atunci când sistemul este capabil să stocheze și să transfere cu ușurință energie între două sau mai multe moduri de stocare diferite, cum ar fi energia cinetică și potențială. Cu toate acestea, există o anumită pierdere de la ciclu la ciclu, numită atenuare. Când amortizarea este neglijabilă, frecvența de rezonanță este aproximativ egală cu frecvența naturală a sistemului, care este frecvența vibrațiilor neforțate.

Aceste fenomene apar cu toate tipurile de oscilații sau unde: mecanice, acustice, electromagnetice, magnetice nucleare (RMN), spin electronic (EPR) și rezonanță a funcțiilor de undă cuantică. Astfel de sisteme pot fi folosite pentru a genera vibrații de o anumită frecvență (de exemplu, instrumente muzicale).

Termenul de „rezonanță” (din latinescul resonantia, „eco”) provine din domeniul acusticii, observată mai ales la instrumentele muzicale, de exemplu, atunci când corzile încep să vibreze și să producă sunet fără a fi direct afectate de cântător.

Împingând un bărbat într-un leagăn este un exemplu comun al acestui fenomen. O balansare încărcată, pendulul are o frecvență naturală de oscilație și o frecvență de rezonanță care rezistă să fie împins mai repede sau mai încet.

Un exemplu este balansul proiectilelor într-un loc de joacă, care acționează ca un pendul. Apăsarea unei persoane în timp ce se balansează la un interval natural de balansare face ca balansul să meargă din ce în ce mai mult (amplitudine maximă), în timp ce încercările de balansare într-un ritm mai rapid sau mai lent creează arcuri mai mici. Acest lucru se datorează faptului că energia absorbită de vibrații crește atunci când șocurile se potrivesc cu vibrațiile naturale.

Răspunsul se găsește pe scară largă în naturăși este folosit în multe dispozitive artificiale. Acesta este mecanismul prin care sunt generate practic toate undele sinusoidale și vibrațiile. Multe dintre sunetele pe care le auzim, cum ar fi atunci când obiectele dure din metal, sticlă sau lemn sunt lovite, sunt cauzate de vibrații scurte ale obiectului. Lumina și alte radiații electromagnetice cu lungime de undă scurtă sunt produse de rezonanța la scară atomică, cum ar fi electronii din atomi. Alte condiții în care pot fi aplicate proprietățile benefice ale acestui fenomen:

• Mecanisme de cronometrare ale ceasurilor moderne, balansier la ceasurile mecanice și cristal de cuarț la ceasuri.
• Răspunsul mareelor ​​din Golful Fundy.
• Rezonanțe acustice ale instrumentelor muzicale și ale tractului vocal uman.
• Distrugerea unui pahar de cristal sub influența tonului corect muzical.
• Idiofoanele de frecare, cum ar fi realizarea unui obiect de sticlă (sticlă, sticlă, vază), vibrează atunci când sunt frecate în jurul marginii acestuia cu vârful degetului.
• Răspunsul electric al circuitelor acordate la radiouri și televizoare care permit recepția selectivă a frecvențelor radio.
• Crearea luminii coerente prin rezonanță optică într-o cavitate laser.
• Răspunsul orbital, exemplificat de unele dintre lunile giganților gazoși ai sistemului solar.

Rezonanțe materiale la scară atomică stau la baza mai multor metode spectroscopice care sunt utilizate în fizica materiei condensate, de exemplu:

• Rotire electronică.
• Efectul Mossbauer.
• Magnetic nuclear.

Tipuri de fenomene

În descrierea rezonanței, G. Galileo a atras atenția doar asupra celui mai semnificativ lucru - capacitatea unui sistem oscilator mecanic (un pendul greu) de a acumula energie care este furnizată de la o sursă externă cu o anumită frecvență. Manifestările de rezonanță au anumite trăsături în diferite sisteme și, prin urmare, îi disting diferitele tipuri.

Mecanic și acustic

Este tendința unui sistem mecanic de a absorbi mai multă energie atunci când frecvența sa de vibrație se potrivește cu frecvența naturală de vibrație a sistemului. Acest lucru poate duce la fluctuații severe de trafic și chiar la defecțiuni catastrofale în structurile neterminate, inclusiv poduri, clădiri, trenuri și avioane. Atunci când proiectează obiecte, inginerii trebuie să se asigure că frecvențele de rezonanță mecanică ale părților componente nu se potrivesc cu frecvențele de vibrație ale motoarelor sau ale altor părți oscilante, pentru a evita un fenomen cunoscut sub numele de detresă rezonantă.

rezonanță electrică

Apare într-un circuit electric la o anumită frecvență de rezonanță atunci când impedanța circuitului este la minim într-un circuit în serie sau la maxim într-un circuit paralel. Rezonanța în circuite este utilizată pentru a transmite și recepționa comunicații fără fir, cum ar fi comunicațiile de televiziune, celulare sau radio.

Rezonanță optică

O cavitate optică, numită și cavitate optică, este un aranjament special de oglinzi care se formează rezonator de unde staționare pentru unde luminoase. Cavitățile optice sunt componenta principală a laserelor care înconjoară mediul de amplificare și oferă feedback al radiației laser. Ele sunt, de asemenea, utilizate în oscilatoarele optice parametrice și unele interferometre.

Lumina limitată într-o cavitate reproduce undele staţionare în mod repetat pentru anumite frecvenţe de rezonanţă. Modelele de unde staționare rezultate sunt numite „moduri”. Modurile longitudinale diferă numai în funcție de frecvență, în timp ce modurile transversale diferă pentru frecvențe diferite și au modele de intensitate diferite pe secțiunea transversală a fasciculului. Rezonatoarele inelare și galeriile de șoaptă sunt exemple de rezonatoare optice care nu produc unde staționare.

Fluctuațiile orbitale

În mecanica spațială, apare un răspuns orbital, când două corpuri care orbitează exercită o influență gravitațională periodică regulată unul asupra celuilalt. Acest lucru se datorează de obicei deoarece perioadele lor orbitale sunt legate de raportul a două numere întregi mici. Rezonanțe orbitale sporesc mult influența gravitațională reciprocă a corpurilor. În cele mai multe cazuri, aceasta are ca rezultat o interacțiune instabilă în care corpurile schimbă impuls și deplasare până când rezonanța nu mai există.

În anumite circumstanțe, sistemul de rezonanță poate fi stabil și auto-corectabil, astfel încât corpurile să rămână în rezonanță. Exemple sunt rezonanța 1:2:4 a lunilor lui Jupiter Ganymede, Europa și Io și rezonanța 2:3 dintre Pluto și Neptun. Rezonanțe instabile cu lunile interioare ale lui Saturn creează goluri în inelele lui Saturn. Un caz special de rezonanță 1:1 (între corpuri cu raze orbitale similare) face ca corpurile mari ale Sistemului Solar să curețe vecinătatea din jurul orbitelor lor, împingând aproape orice altceva din jurul lor.

Atomică, parțială și moleculară

Rezonanța magnetică nucleară (RMN) este numele dat fenomenului de rezonanță fizică asociat cu observarea proprietăților magnetice mecanice cuantice specifice ale unui nucleu atomic dacă este prezent un câmp magnetic extern. Multe metode științifice utilizează fenomene RMN pentru a studia fizica moleculară, cristalele și materialele necristaline. RMN este, de asemenea, utilizat în mod obișnuit în tehnicile moderne de imagistică medicală, cum ar fi imagistica prin rezonanță magnetică (IRM).

Beneficiile și daunele rezonanței

Pentru a trage o concluzie despre avantajele și dezavantajele rezonanței, este necesar să se ia în considerare în ce cazuri se poate manifesta cel mai activ și mai vizibil pentru activitatea umană.

Efect pozitiv

Fenomenul de răspuns este utilizat pe scară largă în știință și tehnologie.. De exemplu, funcționarea multor circuite și dispozitive de inginerie radio se bazează pe acest fenomen.

impact negativ

Cu toate acestea, fenomenul nu este întotdeauna util.. Puteți găsi adesea referiri la cazuri în care podurile suspendate s-au rupt când soldații au trecut peste ele „în pas”. În același timp, ele se referă la manifestarea efectului de rezonanță al impactului rezonanței, iar lupta împotriva acestuia devine la scară largă.

Rezonanța de luptă

Dar, în ciuda consecințelor uneori dezastruoase ale efectului de răspuns, este destul de posibil și necesar să îl combatem. Pentru a evita apariția nedorită a acestui fenomen, este de obicei utilizat două moduri de a aplica simultan rezonanța și de a face față acesteia:

1. Există o „separare” a frecvențelor, care, în caz de coincidență, va duce la consecințe nedorite. Pentru a face acest lucru, creșteți frecarea diferitelor mecanisme sau modificați frecvența naturală a sistemului.
2. Ele măresc amortizarea vibrațiilor, de exemplu, pun motorul pe o căptușeală de cauciuc sau arcuri.

Ați auzit că un detașament de soldați, care traversează un pod, trebuie să se oprească din marș? Soldații care înainte mergeau în pas nu mai fac asta și încep să meargă în ritm liber.

Un astfel de ordin este dat de comandanți deloc cu scopul de a oferi soldaților posibilitatea de a admira frumusețile locale. Acest lucru se face pentru ca soldații să nu distrugă podul. Care este legătura aici? Foarte simplu. Pentru a înțelege acest lucru, trebuie să fii familiarizat cu fenomenul rezonanței.

Care este fenomenul de rezonanță: frecvența de oscilație

Pentru a fi mai ușor de înțeles ce este rezonanța, amintiți-vă de o distracție atât de simplă și plăcută precum mersul pe un leagăn suspendat. O persoană stă pe ele, iar a doua se leagănă.

Și aplicând forțe foarte mici, chiar și un copil poate legăna foarte puternic un adult. Cum reușește el asta? Frecvența balansării sale coincide cu frecvența balansării, are loc o rezonanță, iar amplitudinea balansării crește foarte mult. Ceva de genul. Dar mai întâi lucrurile.

Frecvența de oscilație este numărul de vibrații într-o secundă. În acest caz, se măsoară nu în timpi, ci în herți (1 Hz). Adică, o frecvență de oscilație de 50 de herți înseamnă că corpul face 50 de oscilații pe secundă.

În cazul oscilațiilor forțate, există întotdeauna un corp autooscilant (sau, în cazul nostru, oscilant) și o forță motrice. Deci această forță terță acționează cu o anumită frecvență asupra corpului.

Și dacă frecvența sa este foarte diferită de frecvența oscilațiilor corpului însuși, atunci forța externă va ajuta slab corpul să oscileze sau, științific vorbind, să-și amplifice slab vibrațiile.

De exemplu, dacă încerci să balansezi o persoană într-un leagăn, împingând-o în momentul în care zboară spre tine, poți să-ți bati mâinile, să arunci persoana, dar este puțin probabil să-l legănești mult.

Dar dacă îl balansați, împingând în direcția mișcării, atunci aveți nevoie de foarte puțin efort pentru a obține un rezultat. Aceasta este ceea ce este coincidență de frecvență sau rezonanță de oscilație. În același timp, amplitudinea lor crește foarte mult.

Exemple de oscilații rezonante: beneficii și daune

În mod similar, atunci când mergi pe leagăn, este mai ușor și mai eficient să împingi de pe sol cu ​​picioarele atunci când partea ta a leagănului este deja în sus, nu când coboară.

Din același motiv, o mașină blocată într-o gaură este legănată treptat și împinsă înainte în momentele în care ea însăși înaintează. Deci crește semnificativ inerția acestuia, crescând amplitudinea oscilațiilor.

Puteți da multe exemple similare care arată că în practică folosim foarte des fenomenul rezonanței, doar că îl facem intuitiv, fără să ne dăm seama că aplicăm regulile fizicii.

Utilitatea fenomenului de rezonanță a fost discutată mai sus. Cu toate acestea, rezonanța poate fi dăunătoare. Uneori, creșterea rezultată a amplitudinii oscilațiilor poate fi foarte dăunătoare. În special, am vorbit despre o companie de soldați pe pod.

Așa că au fost mai multe cazuri în istorie când, sub treptele soldaților, podurile s-au prăbușit efectiv și au căzut în apă. Ultimul dintre ele a avut loc acum aproximativ o sută de ani la Sankt Petersburg. În astfel de cazuri, frecvența loviturilor ghetelor soldaților a coincis cu frecvența vibrațiilor podului, iar podul s-a prăbușit.

Mergând de-a lungul unei plăci aruncate peste un șanț, se poate păși în rezonanță cu propria perioadă a sistemului (o placă cu o persoană pe ea), iar apoi placa începe să oscileze puternic (aplecându-se în sus și în jos). La fel se poate întâmpla și cu un pod peste care trece o unitate militară sau trece un tren (forța periodică se datorează unor lovituri de picior sau lovituri de roți la joncțiunile șinelor). De exemplu, în 1906 Petersburg, așa-numitul pod egiptean peste râul Fontanka s-a prăbușit. S-a întâmplat în timp ce treceam podul. escadrilă de cavalerie, iar pasul limpede al cailor, perfect antrenați în marșul ceremonial, a intrat în rezonanță cu perioada podului. Pentru a preveni astfel de cazuri, atunci când traversează poduri, unitățile militare sunt de obicei ordonate să nu „țină pasul”, ci să meargă liber. Trenurile, în cea mai mare parte, traversează podurile cu o viteză mică, astfel încât perioada de impact al roților asupra îmbinărilor șinelor este mult mai lungă decât perioada de vibrații libere a podului. Uneori se folosește metoda inversă a perioadelor de „dezacordare”: trenurile se repezi prin poduri cu viteză maximă. Se întâmplă ca perioada de impact a roților la joncțiunile șinelor să coincidă cu perioada de vibrații a mașinii pe arcuri, iar apoi mașina se balansează foarte puternic. Nava are, de asemenea, propria sa perioadă de leagăn pe apă. Dacă valurile mării sunt în rezonanță cu perioada navei, atunci tanajul devine deosebit de puternic. Căpitanul schimbă apoi viteza navei sau cursul acesteia. Ca urmare, perioada valurilor care atacă nava se modifică (datorită unei modificări a vitezei relative a navei și a voinței) și se îndepărtează de rezonanță. Dezechilibrul mașinilor și motoarelor (alinierea insuficientă, deformarea arborelui) este motivul pentru care în timpul funcționării acestor mașini apare o forță periodică care acționează asupra suportului mașinii - fundația, carena navei etc. Perioada de forță poate coincide. cu perioada de oscilații libere a suportului sau, de exemplu, cu perioada de vibrații a îndoirii arborelui rotativ propriu-zis sau cu perioada vibrațiilor de torsiune a acestui arbore. Se obține rezonanță, iar oscilațiile forțate pot fi atât de puternice încât distrug fundația, rupe arbori etc. În toate astfel de cazuri se iau măsuri speciale pentru evitarea rezonanței sau slăbirea efectului acesteia (dezacordarea perioadelor, creșterea atenuării - amortizare etc. ). Evident, pentru a obține o anumită gamă de oscilații forțate cu ajutorul celei mai mici forțe periodice este necesar să se acționeze în rezonanță. Chiar și un copil poate balansa limba grea a unui clopot mare dacă trage de frânghie cu o perioadă de oscilație liberă a limbii. Dar cea mai puternică persoană nu își va balansa limba, trăgând frânghia din rezonanță.

Rezonanţă. Aplicarea sa

Rezonanța într-un circuit oscilator electric numit fenomen de creștere bruscă a amplitudinii oscilațiilor forțate a intensității curentului atunci când frecvența tensiunii alternative externe coincide cu frecvența naturală a circuitului oscilator.

Utilizarea rezonanței în medicină

Imagistica prin rezonanță magnetică, sau numele său prescurtat RMN, este considerată una dintre cele mai fiabile metode de diagnosticare a radiațiilor. Avantajul evident al utilizării acestei metode pentru a verifica starea corpului este că nu este radiație ionizantă și dă rezultate destul de precise în studiul sistemelor musculare și articulare ale corpului, ajută cu o probabilitate mare la diagnosticarea diferitelor boli de coloana vertebrală și sistemul nervos central.

Procesul de examinare în sine este destul de simplu și absolut nedureros - tot ce auzi este doar un zgomot puternic, dar căștile pe care medicul ți le va da înainte de procedură sunt bine protejate de acesta. Există doar două tipuri de inconveniente care nu pot fi evitate. În primul rând, acest lucru se aplică acelor persoane cărora le este frică de spațiile închise - pacientul diagnosticat se întinde pe un pat orizontal și releele automate îl deplasează în interiorul unei conducte înguste cu un câmp magnetic puternic, unde stă aproximativ 20 de minute. În timpul diagnosticului, nu trebuie să vă mișcați astfel încât rezultatele să fie cât mai exacte posibil. Al doilea inconvenient cauzat de imagistica prin rezonanță în studiul pelvisului mic este necesitatea unei vezici pline.

Dacă cei dragi doresc să fie prezenți în timpul diagnosticului, li se cere să semneze un document informativ, conform căruia sunt familiarizați cu regulile de conduită în camera de diagnostic și nu au contraindicații pentru a fi în apropierea unui câmp magnetic puternic. Unul dintre motivele imposibilității de a fi în camera de control RMN este prezența componentelor metalice străine în organism.

Utilizarea rezonanței în comunicațiile radio

Fenomenul rezonanței electrice este utilizat pe scară largă în comunicațiile radio. Undele radio de la diferite stații de transmisie excită curenți alternativi de frecvențe diferite în antena receptorului radio, deoarece fiecare stație radio de transmisie funcționează la propria frecvență. Un circuit oscilator este conectat inductiv la antenă (Fig. 4.20). Datorită inducției electromagnetice, în bobina buclei apar EMF alternantă a frecvențelor corespunzătoare și oscilații forțate ale intensității curentului acelorași frecvențe. Dar numai la rezonanță, oscilațiile intensității curentului din circuit și tensiunea din acesta vor fi semnificative, adică din oscilațiile diferitelor frecvențe excitate în antenă, circuitul le selectează numai pe acelea a căror frecvență este egală cu propria frecvență. Reglarea circuitului la frecvența dorită se face de obicei prin schimbarea capacității condensatorului. Aceasta constă de obicei în acordarea radioului la un anumit post de radio. Necesitatea de a lua în considerare posibilitatea rezonanței în circuitul electric. În unele cazuri, rezonanța într-un circuit electric poate provoca daune mari. Dacă circuitul nu este proiectat să funcționeze în condiții de rezonanță, atunci apariția acestuia poate duce la un accident.

Curenții excesiv de mari pot supraîncălzi firele. Tensiunile mari duc la defectarea izolației.

Accidentele de acest gen au avut loc adesea relativ recent, când legile oscilațiilor electrice erau prost înțelese și nu știau să calculeze corect circuitele electrice.

Cu oscilații electromagnetice forțate, rezonanța este posibilă - o creștere bruscă a amplitudinii oscilațiilor de curent și tensiune atunci când frecvența tensiunii alternative externe coincide cu frecvența naturală de oscilație. Toate comunicațiile radio se bazează pe fenomenul de rezonanță.