Что такое резонатор в физике кратко
Обновлено: 04.07.2024
Резонатор - (от лат. resono - звучу в ответ, откликаюсь) - устройство или природный объект, в котором происходит накопление энергии колебаний, поставляемой извне. Как правило, резонаторы относятся к линейным колебательным системам и характеризуются так называемыми резонансными частотами.
При приближении частоты внешнего воздействия к резонансной частоте в резонаторе наблюдается достаточно резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний. Это - явление резонанса. После отключения внеш. источника колебания внутри резонатора какое-то время сохраняются. Они совершаются на частотах, близких к резонансным, и представляют собой уже собственные или свободные колебания резонатора. Если пренебречь диссипацией (в т. ч. и потерями на излучение), то резонатор ведёт себя как идеальная консервативная колебательная система, обладающая дискретным спектром собств. колебаний. При наличии потерь чисто гармонич. собств. колебания невозможны, соответствующие им резонансные кривые резонатора уширяются. Это уширение характеризуют добротностью Q = w/Dw (w - резонансная частота, Dw-ширина резонансной кривой). Добротность определяет отношение запасённой в резонаторе. колебательной энергии W к энергии потерь за один период колебаний, Q = wW/P (P - мощность потерь); однако следует иметь в виду, что само понятие запасённой энергии в диссипативных системах является до нек-рой степени условным, зависящим от принятой модели (идеализации) резонатора.
Резонаторы различаются прежде всего физическим характером происходящих в них процессов. Так, существуют механич., акустич., эл--магн. и др. резонаторы. Например, одномерным механическим резонатором является струна с закреплёнными концами, двумерным - упругая мембрана. В случае акустич. колебаний роль резонатора часто выполняют разл. трубы, колбы, сосуды, наполненные газом (воздухом) (см. Резонатор акустический). Акустическими резонаторами могут служить комнаты, залы или их отд. части, что приводит к эффекту реверберации (продолжительного эхового звучания на избранных частотах) и нарушает акустич. совершенство помещений. Уникален по своим свойствам (диапазонность, перестраиваемость и т. п.) резонатора голосового аппарата человека и животных.
Простейший резонатор для эл--магн. колебаний - колебательный контур, состоящий из индуктивности L, ёмкости С, сопротивления R; его собств. частота , а добротность . Размеры колебат. контура l должны быть малы по сравнению с длиной волны. Иначе существенны будут потери на излучение эл--магн. волн, что ведёт к уменьшению Q. Для снижения таких потерь применяют экранированные резонаторы в виде замкнутых объёмов с хорошо проводящими стенками. Это - так называемые объёмные резонаторы, или эндовибраторы (в отличие от экзовибраторов, поля которых сосредоточены вне формирующих поверхностей).
Объёмные резонаторы, эндовибраторы - колебатебательные системы с распределёнными параметрами. Их форма может быть произвольной, но для простой экранированной полости (сферической, цилиндрической и т. п.) нижняя частота собственных колебаний (мод) резонатора всегда обратно пропорциональна времени пробегания электромагнитной волны между стенками . Объёмные резонаторы служат в технике.
Сверхвысокие частоты, СВЧ
В миллиметровом, субмиллиметровом и оптическом диапазонах чаще всего используют открытые резонаторы, размер которых . Их резонансные моды формируются в результате многократного отражения квазиоптич. пучков эл--магн. волн от двух или неск. зеркальных поверхностей (см. Оптический резонатор, Квазиоптика, Интерферометр Фабри - Перо). Спектр собств. колебаний открытых резонаторах значительно разрежен по сравнению со спектром полностью экраниров. систем, т. к. объединённые в пучки группы мод, попадающие мимо зеркал, высвечиваются и, следовательно, относятся к низкодобротным. Открытые резонаторы играют важную роль в работе мазеров и лазеров .В рентг. диапазоне обычные зеркала перестают быть хорошими отражателями, поэтому их заменяют перио-дич. многослойными структурами, обеспечивающими отражение вследствие брэгговского рассеяния (см. Брэгга - Вулъфа условие).
Литература по резонаторам
- Вайнштейн Л. А., Открытые резонаторы и открытые волноводы, М., 1966;
- Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973;
- Никольский В. В., Никольская Т. И., Электродинамика и распространение радиоволн, 3 изд., М., 1989;
- Ананьев Ю. А., Оптические резонаторы и лазерные пучки, М., 1990.
Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.
Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
Резонатор — колебательная система с резко выраженными резонансными свойствами. На практике резонатороми обычно называют колебательные системы с распределёнными параметрами (с бесконечным числом степеней свободы) .
ПОНЯТИЕ РЕЗОНАНСА И РЕЗОНАТОРА
Сначала небольшая история. В середине XIX века близ города Анжур во Франции по мосту длиной 102 метра проходил отряд солдат. Внезапно мост стал раскачиваться и рухнул. Погибли 226 человек. Трагедия, как установили специалисты, произошла в результате резонанса, т. е. совпадения частоты солдатского шага с собственной частотой колебаний моста: мост срезонировал на частоту солдатского шага. Иначе говоря, солдаты, идущие в ногу, раскачали мост, подобно тому, как ребенок раскачивает качели. Размах колебаний моста превысил допустимые пределы прочности и мост разрушился. Описаны и другие подобные случаи с разрушениями мостов. С тех пор солдатам запрещено ходить по мостам в ногу.
Но резонанс способен приносить не только разрушения. На самом деле, многое в нашей повседневной жизни стало бы невозможным без него. Представим на миг, что резонанс исчез как физическое явление. Что произойдет? Это будет всемирная катастрофа! Достаточно сказать, что замолкнут все радиоприемники, телевизоры, так как в основе радиоприема и радиопередачи лежит явление резонанса электромагнитных колебаний. Конечно же, заглохнет вся музыка, поскольку все музыкальные инструменты издают звуки с помощью резонанса. А самое главное - люди лишатся речи, следовательно, понимания друг друга, так как образование речи связано с резонансом звуковых волн в речевых органах. Ну и конечно, мы не услышим прекрасного пения, поскольку высокопрофессиональный певческий голос, как я уже говорил во введении, основан на искусстве владения резонансом. Поэтому певцу, который собирается стать покорителем человеческих душ, просто необходимо освоить мастерство резонансного пения.
Слово резонанс происходит от французского resonance - звучать, откликаться.
Научно-физическое определение резонанса звучит следующим образом: резонанс - это явление возникновения и усиления колебаний какого-либо тела или его части под воздействием возбуждающей эти колебания внешней силы, частота воздействия которой совпадает с собственной резонансной частотой данного тела.
Давайте разберём данное определение. Во-первых, резонанс может возникнуть только там, где есть или возможны колебания, то есть волны в упругой среде. В войлоке, например, колебания не распространяются, а, значит, никакого резонанса в нем возникнуть не может. Колебаться (а, следовательно, и резонировать) могут разнообразные физические тела:
1) твердые (резина, металл и т. п.) ;
2) жидкие (вода, например, волны на поверхности) ;
3) газообразные (воздух) .
У любого упругого тела (будь то твердое, жидкое или газообразное) имеется так называемая собственная, или резонансная, частота колебаний. Это неотъемлемое свойство упругого тела (как, например, цвет глаз у человека) . Если ударить по натянутой струне она начнет колебаться именно с этой, только ей присущей, резонансной частотой. От струны завибрирует окружающий воздух, и наше ухо уловит тон, соответствующий этой частоте (например, ми первой октавы) . Изменяя длину струны (зажимая на разных порожках грифа гитары) мы тем самым меняем её физические свойства (силу натяжения) . От этого изменяется и резонансная частота струны, то есть высота ноты.
Теперь о резонаторах. Акустическим резонатором (далее просто резонатором) является любой пустотелый сосуд, наполненный воздухом, сообщающийся с окружающим пространством (атмосферой) одним или несколькими отверстиями. Так как воздух обладает исключительно упругими свойствами, то есть, способен активно вибрировать, то именно он и является основой резонатора.
Отличительным свойством акустического резонатора является то, что он "откликается" (т. е. резонирует) только на те звуковые колебания, которые совпадают с его резонансной частотой.
. ежели в квантовой ..то резонатор ..для мазера или лазера, ..тупо для создания пика мощности при резонансе электронов ..например двух зеркальных торцов рубинового цилиндра.. . для разгона в нём электронов и про резонасе . выхода их через п/ прозрачное зеркало ..и вот он монохомный. когерентный. лучик
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.
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.
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.
РЕЗОНА́ТОР (от лат. resono – звучать в ответ, откликаться), устройство или природный объект, в котором происходит накопление энергии колебаний, поставляемой извне. Как правило, Р. относятся к линейным колебат. системам и характеризуются т. н. резонансными частотами. При приближении частоты внешнего воздействия к резонансной частоте в Р. наблюдается достаточно резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний (явление резонанса ). После отключения внешнего источника некоторое время внутри Р. колебания сохраняются. Они совершаются на частотах, близких к резонансным, и представляют собой собственные (свободные) колебания резонатора.
Читайте также: