Сообщение наблюдение и использование явления резонанса в домашних условиях

Обновлено: 13.05.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа с.Вязовка имени Героя Советского

Союза Е. А. Мясникова" Татищевского района Саратовской области

Проектно - исследовательская работа

Гордаев Ислам Исмаилович,

обучающийся 10 класса

МОУ «Средняя общеобразовательная

школа с.Вязовка имени Героя Советского

Руководитель:

Старостина Галина Геннадьевна,

учитель физики и математики

МОУ «Средняя общеобразовательная

школа с.Вязовка имени Героя Советского

1.1.Что такое резонанс________________________________________6-7

1.2.Виды и примеры резонанса___________________________________8

1.3.Вред и польза резонанса___________________________________9-10

1.4. Интересные факты_______________________________________11-12

2. Практическая часть________________________________________13-14

Краткая аннотация

В данной исследовательской работе мы хотим рассказать о явление резонанса, о том как часто мы встречаемся с этим явлением и показать на примерах, что резонанс может быть как полезным так и вредным.

Цель работы : изучить явление резонанса, его положительные и отрицательные моменты.

Для достижения этой цели поставили следующие задачи:

1. Изучить литературу и информацию из интернета по данной теме.

2.Провести анкетирование среди обучающихся 9-11 классов. 3. Провести эксперимент.

4.Обобщить результаты своей деятельности.

Объект исследования: резонанс

Предмет исследования: польза и вред резонанса

Методы решения задач:

1. Изучение литературы.

1.1. Что такое резонанс

Простейший пример механического резонанса приводит в своих работах средневековый ученый Торричелли. Точное определение явления резонанса дано Галилео Галилеем в работе о маятниках и звучании музыкальных струн. Что такое электромагнитный резонанс, объяснил в 1808 году Джеймс Максвелл, основоположник современной электродинамики. [5]

Или если по-простому, то резонанс это отклик на некий раздражитель извне, это синхронизация частот колебаний (количества колебаний в секунду) определенного тела (или целой системы) с внешней силой, которая воздействует на него. Вследствие физического резонанса всегда происходит увеличение амплитуды колебаний тела или системы. [6]

Представьте себе детские качели, чтобы раскачать их сильнее, вам необходимо прикладывать силу таким образом, чтобы ее колебания совпадали с колебаниями самой качели. Как результат таких действий качели будут раскачиваться все сильнее и сильнее, или говоря по-научному – амплитуда их колебаний будет увеличиваться. Детские качели, пожалуй, самый простой и яркий пример резонанса из нашей жизни ( приложение 1).

Резонанс в физике – это отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.

1.2 . Виды и примеры резонанса

Механический резонанс – это все те же вышеупомянутые качели, резонанс моста от проходящей роты солдат, резонанс колокольного звона и т. д. Одним словом, резонанс, вызванный механическими воздействиями [4] .

Акустический резонанс – это резонанс, благодаря которому работают все струнные музыкальные инструменты: гитара, скрипка, лютня, балалайка, банджо и т. д. Корпус музыкальных инструментов неспроста имеет свою форму. Звук, издаваемый струной при щипке, попадает внутрь корпуса и там вступает в резонанс со стенками, что в результате приводит к его усилению. По этой причине качество звучания той же гитары сильно зависит от того материала, из которого она сделана и даже от лака которым она покрыта [3] ( приложение 2).

Электрический резонанс – представляет собой совпадение частоты колебаний внешнего напряжения с частотой колебаний электрической цепи, по которой идет ток. [1]

Резонанс также можно встретить при изучении оптических явлений, астрофизики.

1.3. Вред и польза резонанса

Резонанс, как и любое другое физическое явление не может быть однозначно полезным или вредным, он имеет свои плюсы и минусы. Когда он вреден, его учитывают и стараются предотвратить, если он полезен – применяют. Например, именно резонанс помогает вытащить автомобиль, застрявший в грязи или снегу – планомерное раскачивание авто, то взад, то вперед с увеличением амплитуды колебаний помогает его освободить.

Впрочем, сильный резонанс моста может случиться и не только от марширующей роты солдат, но и от ветра, когда колебания ветра вступают в резонанс с собственными колебаниями конструкции моста.

Поэтому инженеры, конструкторы и архитекторы при проектировании своих объектов обязательно принимают в расчет явление резонанса. Этот феномен необходимо учитывать не только при строительстве мостов, но и при возведении высотных зданий, антенн, высоких опор, словом всего того, что теоретически может войти в резонанс с воздушными потоками.

Корабль также имеет свой период качаний на воде. Если морские волны попадают в резонанс с периодом корабля, то качка становится особенно сильной. Капитан меняет тогда скорость корабля или его курс. В результате период волн, набегающих на корабль, изменяется (вследствие изменения относительной скорости корабля и волн) и уходит от резонанса.

Положительные стороны резонанса: резонаторы в музыкальных инструментах, резонансные замки и ключи, раскачивание языка колокола. Тяжелый язык большого колокола может раскачать даже ребенок, если он будет натягивать веревку с периодом свободных колебаний языка. Но самый сильный человек не раскачает язык, дергая веревку не в резонанс. Магнитно- резонансное обследование организма. Магни́тно-резона́нсная томогра́фия (МРТ) — способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса . Способ основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер , чаще всего ядер атомов водорода , а именно, на возбужде нии их определённым сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.

1.4. Интересные факты из физики о резонансе

О знаменитом певце Шаляпине говорят, что он мог запеть так, что лопались плафоны в люстрах. Это не легенда, а вполне объяснимый с точки зрения физики факт. Это происходит когда частота собственных колебаний стеклянного плафона совпадает с частотой акустических волн.

Если связать толстой металлической проволокой два фортепиано в разных комнатах и играть на одном из них, то второе (с нажатой педалью!) будет играть ту же мелодию само собой, без пианиста ( приложение 5).

20 мая 2010 года в Волгограде затанцевал мост. По официальной версии мост вошел в резонанс под действием ветровых нагрузок [7] (приложение 6).

В странах Востока, например в Японии, во время землетрясения часто бывало так, что разрушались железобетонные здания, стальные мосты, а деревянные пагоды стояли как ни в чём ни бывало. В чем был секрет пагод? Секрет пагод на хорошем изобретательском уровне: внутри каждой пагоды древние строители подвешивали сверху вниз длинную деревянную балку с грузом на конце. Частоту колебаний этого своеобразного маятника подбирали такой, что во время землетрясения он раскачивался в противофазе с самой постройкой, помогая гасить колебания ( приложение 7). [7]

Действие микроволновки также основано на резонансе. В данном случае резонанс происходит в молекулах воды, которые поглощают излучение СВЧ (2,450 ГГц). Как следствие, молекулы входят в резонанс, колеблются сильнее, а температура пищи повышается [7] .

2. Практическая часть

2.1. Анкетирование

Чтобы выяснить насколько учащиеся нашей школы знакомы с явлением резонансы, мы провели анкетирование среди учеников 9-11 классов. В анкетирование приняли участие 27 человек. Анкета состояла из пяти вопросов:

1.Знаете ли вы, что такое резонанс? ( не знают- 37 % ( приложение 9).

2.Сталкивались вы с резонансом? ( нет - 48%) ( приложение 10).

3.Резонанс может быть а)вредным б) полезным? ( не знают-37%) ( приложение 11).

4.Примером вредного резонанса может быть

А) сильное раскачивание кораблей на волнах;

Б) сильное раскачивание железнодорожного вагона? (не знают- 48%) ( приложение 12).

5. Резонанс возникает, когда собственная частота колебательной системы совпадает

А) с амплитудой вынуждающей силы;

Б) с частотой вынуждающей силы? ( не знают -78%) ( приложение 13).

Проанализировав ответы на вопросы анкеты, можно сделать вывод о том, что малый процент учащихся обладают информацией по этой теме.

2.2. Эксперимент

Для проведения эксперимента используем камертон на резонаторе, такое устройство является источником звука. Ударив по ветвям камертона получаем направленный звук. На пути звуковой волны расположим такой же резонатор с фиксированным значением собственной частоты колебаний, таких же параметров. При совпадении частот, возникают колебания высокой амплитуды. Математический маятник резко проявляет колебания левого камертона. В системе левого камертона возникает резонанс и возбуждаем мы его с помощью звуковой волны, источником которого является такой же камертон. [7]

3.Заключение

Цель проекта достигнута, задачи решены.

4.Библиографический список

2. Грачёв, В.А. Погожев, П.Ю. Боков. физика: 9 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / - М.: Вентана-Граф, 2014.

3. Вульфсон И.И - Краткий курс теории механических колебаний / — Библиотека ВНТР. — М.: ВНТР, 2017. — 241 с.

4.Касьянов В.А. Физика. 10 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Дрофа, 2003.- 416с.

5. Сауров Ю.А., Бутырский Г.А. Электродинамика: Модели уроков: Книга для учителя.- М. Просвещение, 1992.- 304с.

6. Трофимова Т.И. , Фирсов А.В. Колебания и волны. 10-11 классы: учебное пособие- М. : дрофа, 2008.- 286с.- Гимназия на дому.

Что такое резонанс, объясните на примере?

Примеры резонанса в повседневной жизни | Практические примеры резонанса.

Были объяснены распространенные примеры резонанса в повседневной жизни, такие как резонанс из-за звука двигателя автомобиля, разбитие стекла, колебания подвесного моста из-за ветра, микроволновый резонансный нагрев, управление радиоканалом с использованием резонансной частоты, вибрация из-за громкой музыки и другие. .

Звук двигателя: Дребезжащий звук двигателя автобуса или грузовика, который мы часто слышим, когда автобус не используется, является примером возникновения явления резонанса. Вибрации двигателя двигателя могут вызывать резонирующие волны в прилегающих конструкциях, когда частота вибрации двигателя сопоставима с частотой колебаний окружающих конструкций.
Разбивание стекла: Разрушение бокала из-за высокого шума, относящегося к диапазону резонансных частот бокала. Это примеры акустического резонанса.
Колебания подвесного моста: Ветер может усилить колебания подвесного моста, заставляя мост колебаться с частотой, равной его резонансной частоте. Сильный ветер может вызвать структурный резонанс в подвесном мосту, который может вызвать его катастрофическое обрушение.
Качели может толкаться через равные промежутки времени, чтобы соответствовать его собственной резонансной частоте, чтобы привести его в колебательное движение с высокой амплитудой.
Микроволновый резонансный нагрев: Явление резонанса также помогает быстро разогреть пищу в микроволновой печи. Микроволновая печь испускает микроволновое излучение определенной длины волны и частоты для приготовления пищи. Если частота излучения совпадает с резонансной частотой молекул пищи, молекулы начинают поглощать длины волн и начинают вибрировать, тем самым готовя и нагревая пищу.
Управление радиоканалом с помощью резонанса: Функция ручки радио - изменить нормальную частоту приемника. Эта нормальная частота приемника согласована с частотой передачи радиостанции для возникновения передачи энергии. Эта передача энергии позволяет нам слышать звук выбранного канала.
Вибрация из-за системы громкой музыки: Громкая музыкальная система может иногда вызывать вибрацию домашней мебели и стен. Это произошло, если естественная частота. мебели синхронизируются с резонансной частотой вибрации музыкальной системы.
Механизм отсчета времени современных часов.
создание когерентного света оптическим резонансом в лазерных резонаторах. Это тоже обычные резонансные примеры.
Приливный резонанс залива.
Акустический резонанс примеры, найденные в различных музыкальных инструментах и т. д.

Что такое резонанс и его практическое применение? | Что такое теория резонанса?

Определение резонанса:

Резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически применяемой силы (или ее компонента Фурье) становится сопоставимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. В динамической системе, если мы приложим осциллирующую силу на резонансной частоте, то мы можем наблюдать, что система начинает колебаться с амплитудой, большей, чем результирующая амплитуда, когда нерезонансная частота испытывает ту же самую осциллирующую силу.

Иногда частота резонанс или резонансная частота также относится к частоте, которая вызывает относительный максимум амплитуды отклика. Колебания большой амплитуды могут быть вызваны действием небольшой периодической силы, сравнимой с резонансной частотой системы, поскольку они обладают способностью накапливать энергию колебаний.

Какие бывают типы резонансных частот?

Различные типы резонансной частоты:

Механические колебания или волны (механический резонанс),
Акустические колебания или волны (акустический резонанс),
Электромагнитные колебания или волны (электромагнитный резонанс),
Ядерные магнитные колебания или волны (ядерный магнитный резонанс (ЯМР)),
Электронные спиновые колебания или волны (электронный спиновой резонанс (ЭПР)),
Резонанс квантовой волновой функции.

Определенной частоты можно достичь, используя резонансную систему для генерации колебаний. Такие приложения требуются в музыкальных инструментах или в фильтрах для выбора определенной частоты или небольшого диапазона частот из сложной вибрации, состоящей из ряда различных частот.

Практические примеры вынужденных колебаний и резонанса

Давайте посмотрим на примеры различных типов физического резонанса:

Частота механического резонанса

Механический резонанс относится к явлению способности механической системы реагировать с повышенной амплитудой, когда частота ее колебаний будет соответствовать естественной частоте системы. вибрации (на его резонансной частоте или резонансной частоте), чем на некоторых других частотах, и это может привести к порочным колеблющимся движениям и, возможно, катастрофическим отказам в неадекватно построенных конструкциях, таких как мосты, здания и самолеты. Такие явления называются резонансными катастрофами.

Известно, что резонансный объект может иметь более одной резонансной частоты. Это означает, что на этих частотах объект с большей вероятностью будет легко вибрировать, а на других частотах - сравнительно меньше. Явление механического резонанса используется часами для отсчета времени путем согласования частот маятника, баланса или кристалла кварца.

Частота акустического резонанса

Акустический резонанс - это явление, при котором слуховая система способна усиливать звуковые волны, принадлежащие частоте, равной одной из собственных частот вибрации или частот резонанса. Акустический резонанс можно назвать узкой частью механического резонанса, принадлежащей диапазону частот человеческого слуха. Однако в более широком смысле акустика управляет колебательными волнами в веществе, поэтому акустический резонанс может иметь место на частотах, выходящих за пределы диапазона частот, принадлежащих слышимому диапазону людей.

Подобно механическому резонансу, акустический резонанс также может приводить к колебательным движениям, возможно, из-за неисправности вибраторов. Очень распространенный пример резонанса, с которым мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, - это разбивание бокала из-за высокого шума, принадлежащего диапазону резонансных частот бокала.

Частота электромагнитного резонанса (ЭМИ)

Электромагнитный резонанс относится к явлению регулирования как напряженности магнитного поля, так и частоты излучения для обеспечения поглощения излучения. Этот эффект электромагнитного резонанса создается одновременным приложением стабильного магнитного поля и электромагнитного излучения (обычно в форме радиоволн) к образцу электронов.

Электронный магнитный резонанс (ЭМИ) считается междисциплинарной областью, охватывающей множество различных типов в физике, химии и биологии. Некоторыми формами электронного магнитного резонанса являются электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), электронный спиновый резонанс (ЭПР) и электронный циклотронный резонанс (ЭЦР). В ЭМИ внимание уделяется электронам, а не ядрам или ионам, как это наблюдается в ЯМР и ИЦР соответственно.

Частота ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) относится к физическому явлению, которое включает возмущение ядер в очень сильном непрерывном магнитном поле с помощью слабого осциллирующего магнитного поля и создание его реторты путем генерации электромагнитного сигнала, обладающего характеристической частотой магнитного поля, присутствующего в ядро. Это явление наблюдается в ближней резонансной области, где частоту колебаний можно сравнить с собственной частотой ядер. Этот процесс зависит от мощности статического магнитного поля, химических свойств окружающей среды / материала и свойств магнетизма, демонстрируемых используемым изотопом.

Для практических применений, которые включают статические магнитные поля в диапазоне до прибл. 20 тесла, наблюдаемая частота сопоставима с телевизионными передачами в диапазонах УКВ (очень высокая частота) и УВЧ (сверхвысокая частота) в диапазоне от 60 МГц до примерно 1000 МГц. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) возникает из-за определенных особых свойств магнетизма, демонстрируемых определенными атомными ядрами. Применение спектроскопии ядерного магнитного резонанса широко используется для определения расположения органических молекул в растворах и изучения молекулярной физики кристаллов, а также некоторых некристаллических объектов. Еще одно применение ядерного магнитного резонанса или ЯМР находится в области сложных медицинских методов визуализации, например, магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Частота электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)

Электронный парамагнитный резонанс или ЭПР, также известный как спектроскопия электронного парамагнитного резонанса ЭПР, относится к процессу исследования и анализа материалов, имеющих неспаренные электроны. Элементарные теории электронного парамагнитного резонанса или ЭПР эквивалентны концепциям ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Однако при этом возбуждаемые спины принадлежат электронам в качестве замены атомных ядер. Электронный парамагнитный резонанс или спектроскопия ЭПР в основном полезны для анализа комплексов металлов и органических радикалов.

Первое наблюдение электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) состоялось в Казанском государственном университете. Эксперимент был проведен известным советским физиком Евгением Завойским в 1944 году и был автономно разработан примерно в то же время Бребисом Блини в Оксфордском университете, Великобритания. Применение спектроскопии ЭПР или ЭПР присутствует во многих областях науки, в основном в биологии, химии и физике, и используется для обнаружения и идентификации свободных радикалов в твердом, жидком или газообразном состоянии материалов и в парамагнитных центрах, таких как F-центры. .

Преимущества резонанса

Подробно описаны преимущества и недостатки резонанса с надлежащим объяснением. Такие преимущества, как измерение неизвестных частот колеблющихся объектов, создание различных звуковых нот музыкальными инструментами, радио для настройки различных каналов - несколько хороших приложений. Явление резонанса может иногда приводить к катастрофическим результатам, некоторые примеры такого резонанса также объясняются научными объяснениями. Резонанс полезен по разным причинам, таким как:

Явление резонанса широко используется для измерения неизвестных частот колеблющихся объектов.
Явление резонанса играет очень важную роль в создании различных звуковых нот музыкальными инструментами.
Явление резонанса широко используется в радио для настройки различных каналов.
Явление резонанса широко используется для анализа музыкальных нот.
Явление резонанса широко используется при приготовлении пищи в микроволновой печи.

Недостатки резонанса

Раскачивание человека на качелях - типичный пример резонанса. Нагруженное колебание, маятник, имеет собственную частоту колебаний, свою резонансную частоту, и сопротивляется толканию с большей или меньшей скоростью.
Кредит изображения: Луис Карлос, Маленькая девочка на качелях, CC BY 2.0

Часто задаваемые вопросы о резонансе

В 1. Является ли эхо примером резонанса? | В чем разница между резонансным эхом и реверберацией ?

Нет, резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически применяемой силы (или ее компонента Фурье) становится сопоставимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. Принимая во внимание, что эхо относится к отражению звуковой волны (когда она ударяется о твердый объект), которая достигает слушателя с небольшой задержкой или задержкой после исходного звука.

В 2. Является ли реверберация примером резонанса?

Нет, резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически применяемой силы (или ее компонента Фурье) становится сопоставимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. Принимая во внимание, что реверберация относится к возникновению множественных звуковых отражений, которые создают продолжительный эффект звука. Это часто называют несколькими эхо-сигналами, возникающими вместе.

В 3. Что такое амплитудный резонанс?

Примеры амплитудного резонанса относятся к явлению, когда на определенной частоте заданного синусоидального возбуждения система генерирует максимальную амплитуду колебаний.

В 4. Является ли резонанс разновидностью помех?

Да, все формы колебательных резонансов возникают в результате конструктивной и деструктивной интерференции. На резонансных частотах резонирующие структуры претерпевают конструктивные интерференции с образованием стоячих волн большей амплитуды. Тогда как на всех других частотах, кроме резонансных, возникает деструктивная интерференция, и волны исчезают. Итак, примеры резонанса - это тип интерференции.

В 5. Как качели являются примером резонанса?

Качели можно толкать с регулярными интервалами, чтобы соответствовать его собственной резонансной частоте, чтобы привести его в колебательное движение с высокой амплитудой. Сильный ветер может вызвать структурный резонанс в подвесном мосту, который может вызвать его катастрофическое обрушение.

Последние выпуски от Advanced Science & Research

О Санчари Чакраборти

Я очень хочу учиться и сейчас работаю в области прикладной оптики и фотоники. Я также являюсь активным членом SPIE (Международное общество оптики и фотоники) и OSI (Оптическое общество Индии). Мои статьи нацелены на то, чтобы в простой, но информативной форме освещать темы качественных научных исследований. Наука развивалась с незапамятных времен. Итак, я стараюсь изо всех сил использовать эволюцию и представить ее читателям.

Определение понятия резонанса (отклика) в физике возлагается на специальных техников, которые обладают графиками статистики, часто сталкивающихся с этим явлением. На сегодняшний день резонанс представляет собой частотно-избирательный отклик, где вибрационная система или резкое возрастание внешней силы вынуждает другую систему осциллировать с большей амплитудой на определенных частотах.

Принцип действия

Это явление наблюдается, когда система способна хранить и легко переносить энергию между двумя или более разными режимами хранения, такими как кинетическая и потенциальная энергия. Однако есть некоторые потери от цикла к циклу, называемые затуханием. Когда затухание незначительно, резонансная частота приблизительно равна собственной частоте системы, которая представляет собой частоту невынужденных колебаний.

Эти явления происходят со всеми типами колебаний или волн: механические, акустические, электромагнитные, ядерные магнитные (ЯМР), электронные спиновые (ЭПР) и резонанс квантовых волновых функций. Такие системы могут использоваться для генерации вибраций определенной частоты (например, музыкальных инструментов).

Примеры резонанса в жизни

Толчок человека на качелях является распространенным примером этого явления. Загруженные качели, маятник имеют собственную частоту колебаний и резонансную частоту, которая сопротивляется толканию быстрее или медленнее.

Примером является колебание снарядов на детской площадке, которое действует как маятник. Нажатие человека во время качания с естественным интервалом колебания приводит к тому, что качели идут все выше и выше (максимальная амплитуда), в то время как попытки делать качание с более быстрым или медленным темпом создают меньшие дуги. Это связано с тем, что энергия, поглощаемая колебаниями, увеличивается, когда толчки соответствуют естественным колебаниям.

Отклик широко встречается в природе и используется во многих искусственных устройствах. Это механизм, посредством которого генерируются практически все синусоидальные волны и вибрации. Многие звуки, которые мы слышим, например, когда ударяются жесткие предметы из металла, стекла или дерева, вызваны короткими колебаниями в объекте. Легкое и другое коротковолновое электромагнитное излучение создается резонансом в атомном масштабе, таким как электроны в атомах. Другие условия, в которых могут применяться полезные свойства этого явления:

Механизмы хронометража современных часов, колесо баланса в механических часах и кварцевый кристалл в часах.
Приливной отклик залива Фанди.
Акустические резонансы музыкальных инструментов и человеческого голосового тракта.
Разрушение хрустального бокала под воздействием музыкального правого тона.
Фрикционные идиофоны, такие как изготовление стеклянного предмета (стекла, бутылки, вазы), вибрируют, при потирании вокруг его края кончиком пальца.
Электрический отклик настроенных схем в радиостанциях и телевизорах, которые позволяют избирательно принимать радиочастоты.
Создание когерентного света оптическим резонансом в лазерной полости.
Орбитальный отклик, примером которого являются некоторые луны газовых гигантов Солнечной системы.

Материальные резонансы в атомном масштабе являются основой нескольких спектроскопических методов, которые используются в физике конденсированных сред, например:

Электронный спиновой.
Эффект Мёссбауэра.
Ядерный магнитный.

Типы явления

В описании резонанса Г. Галилей как раз обратил внимание на самое существенное — на способность механической колебательной системы (тяжелого маятника) накапливать энергию, которая подводится от внешнего источника с определенной частотой. Проявления резонанса имеют определенные особенности в различных системах и поэтому выделяют разные его типы.

Механический и акустический

Механический резонанс — это тенденция механической системы поглощать больше энергии, когда частота ее колебаний соответствует собственной частоте вибрации системы. Это может привести к сильным колебаниям движения и даже катастрофическому провалу в недостроенных конструкциях, включая мосты, здания, поезда и самолеты. При проектировании объектов инженеры должны обеспечить безопасность, чтобы механические резонансные частоты составных частей не соответствовали колебательным частотам двигателей или других осциллирующих частей во избежание явлений, известных как резонансное бедствие.

Электрический резонанс

Возникает в электрической цепи на определенной резонансной частоте, когда импеданс схемы минимален в последовательной цепи или максимум в параллельном контуре. Резонанс в схемах используется для передачи и приема беспроводной связи, такой как телевидение, сотовая или радиосвязь.

Оптический резонанс

Оптическая полость, также называемая оптическим резонатором, представляет собой особое расположение зеркал, которое образует резонатор стоячей волны для световых волн. Оптические полости являются основным компонентом лазеров, окружающих среду усиления и обеспечивающих обратную связь лазерного излучения. Они также используются в оптических параметрических генераторах и некоторых интерферометрах.

Орбитальные колебания

В космической механике возникает орбитальный отклик, когда два орбитальных тела оказывают регулярное, периодическое гравитационное влияние друг на друга. Обычно это происходит из-за того, что их орбитальные периоды связаны отношением двух небольших целых чисел. Орбитальные резонансы значительно усиливают взаимное гравитационное влияние тел. В большинстве случаев это приводит к нестабильному взаимодействию, в котором тела обмениваются импульсом и смещением, пока резонанс больше не существует.

При некоторых обстоятельствах резонансная система может быть устойчивой и самокорректирующей, чтобы тела оставались в резонансе. Примерами является резонанс 1: 2: 4 лун Юпитера Ганимед, Европа и Ио и резонанс 2: 3 между Плутоном и Нептуном. Неустойчивые резонансы с внутренними лунами Сатурна порождают щели в кольцах Сатурна. Частный случай резонанса 1: 1 (между телами с аналогичными орбитальными радиусами) заставляет крупные тела Солнечной системы очищать окрестности вокруг своих орбит, выталкивая почти все остальное вокруг них.

Атомный, частичный и молекулярный

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — это имя, определяемое физическим резонансным явлением, связанным с наблюдением конкретных квантовомеханических магнитных свойств атомного ядра, если присутствует внешнее магнитное поле. Многие научные методы используют ЯМР-феномены для изучения молекулярной физики, кристаллов и некристаллических материалов. ЯМР также обычно используется в современных медицинских методах визуализации, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ).

Польза и вред резонанса

Для того чтобы сделать некий вывод о плюсах и минусах резонанса, необходимо рассмотреть, в каких случаях он может проявляться наиболее активно и заметно для человеческой деятельности.

Положительный эффект

Явление отклика широко используется в науке и технике. Например, работа многих радиотехнических схем и устройств основывается на этом явлении.

Отрицательное воздействие

Автотранспорт. Автомобилисты часто раздражаются шумом, который появляется при определенной скорости движения транспортного средства или в результате работы двигателя. Некоторые слабо закругленные части корпуса вступают в резонанс и излучают звуковые колебания. Сам автомобиль с его системой подвески представляет собой осциллятор, оснащенный эффективными амортизаторами, которые препятствуют возникновению острого резонанса.
Мосты. Мост может выполнять вертикальные и поперечные колебания. Каждый из этих типов колебаний имеет свой период. Если стропы подвешены, система имеет очень разную резонансную частоту.
Здания. Высокие здания чувствительны к землетрясениям. Некоторые пассивные устройства позволяют защитить их: они являются осцилляторами, чья собственная частота близка к частоте самого здания. Таким образом, энергия полностью поглощается маятником, препятствующим разрушению здания.

Борьба с резонансом

Но несмотря на иногда губительные последствия эффекта отклика с ним вполне можно и нужно бороться. Чтобы избежать нежелательного возникновения этого явления, обычно используют два способа одновременного применения резонанса и борьбы с ним:

Прежде, чем говорить о резонансе, нужно разобраться с тем, что такое колебания и их частота.

Колебания и частота

Колебания – процесс изменения состояний системы, повторяющийся во времени и происходящий вокруг точки равновесия.

Простейший пример колебаний - катание на качелях. Мы приводим его не зря, этот пример еще пригодится нам для понимания сути явления резонанса в дальнейшем.

Резонанс может наступить только там, где есть колебания. И не важно, какие это колебания – колебания электрического напряжения, звуковые колебания, или просто механические колебания.

На рисунке ниже опишем, какими могут быть колебания.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Колебания характеризуются амплитудой и частотой. Для уже упомянутых выше качелей амплитуда колебаний - это максимальная высота, на которую взлетают качели. Также мы можем раскачивать качели медленно или быстро. В зависимости от этого будет меняться частота колебаний.

Частота колебаний (измеряется в Герцах) - это количество колебаний в единицу времени. 1 Герц - это одно колебание за одну секунду.

Когда мы раскачиваем качели, периодически раскачивая систему с определенной силой (в данном случае качели – это колебательная система), она совершает вынужденные колебания. Увеличения амплитуды колебаний можно добиться, если воздействовать на эту систему определенным образом.

Толкая качели в определенный момент и с определенной периодичностью можно довольно сильно раскачать их, прилагая совсем немного усилий.Это и будет резонанс: частота наших воздействий совпадает с частотой колебаний качелей и амплитуда колебаний увеличивается.

Резонанс на качелях

Суть явления резонанса

Резонанс в физике – это частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.

Суть явления резонанса в физике состоит в том, что амплитуда колебаний резко возрастает при совпадении частоты воздействия на систему с собственной частотой системы.

Известны случаи, когда мост, по которому маршировали солдаты, входил в резонанс от строевого шага, раскачивался и разрушался. Кстати, именно поэтому сейчас при переходе через мост солдатам положено идти вольным шагом, а не в ногу.

Египетский мост в Санкт-Петербурге, разрушившийся из-за резонанса.

Примеры резонанса

Еще один пример наблюдения резонанса, с которым мы сталкиваемся - круги на воде. Если кинуть в воду два камня, попутные волны от них встретятся и увеличатся.

Резонанс может быть как полезным, так и приносящим вред явлением. А прочтение статьи, как и помощь нашего студенческого сервиса в трудных учебных ситуациях, принесет вам только пользу. Если в ходе выполнения курсовой вам понадобится разобраться с физикой магнитного резонанса, можете смело обращаться в нашу компанию за быстрой и квалифицированной помощью.

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Читайте также: