9сынып_Теория_Резонанс

Еркін және еріксіз тербелістер. Резонанс.

Резонанс (лат. resono, фр. resonance — үн қосу, дыбыс қайтару) — периодты түрде сырттан әсер етуші күштің жиілігі тербелмелі жүйенің меншікті жиілігіне жақындағанда сол тербелмелі жүйедегі еріксіз тербелістер амплитудасының күрт арту құбылысы; мәжбүр етуші күштің жиілігі жүйе тербелісінің меншікті жиілігіне жуықтаған кезде жүйедегі мәжбүр тербеліс амплитудасының кенеттен артып кету кұбылысы.[1]

Резонанс жиілігі –– резонанс құбылысы басталатын тербеліс жиілігі.

Резонансты алғаш рет механика және акустикалық құбылыс ретінде италиян ғалым Г.Галилей, ал электр-магниттік жүйелерде, мысалы, тербелмелі контур арқылы ағылшын ғалымы Дж.Максвелл (1831 — 1879) қарастырған (1868). Жүйеге гармондық сыртқы күш (F) әсер еткенде массасы m-ге тең дененің қозғалыс теңдеуі мына түрде жазылады:

Резонанс құбылысы табиғатта, ғылым мен техникада маңызды орын алады. Резонанс құбылысын машиналар мен механизмдер жасауда, көпірлер мен ғимараттар салуда, т.б. мұқият ескеру керек

Еркін және еріксіз тербелістер

Тербелістердің ең карапайым түрі — жүйе тепе-теңдік күйінен ауытқығаннан кейін ішкі күштердің әрекетінен пайда болатын тербелістер. Ондай тербелістер еркін тербелістерге жатады. Еркін тербелістер деп дене тепе-теңдік күйінен шығарылғаннан соң сыртқы күштің әрекетінсіз болатын тербелістерді айтады.

Еркін тербелістер әйтеуір бір тоқтайды. Тербелісті өшпейтін ету үшін үйкелісті жеңуге кететін энергияны толықтырып отыру қажет. Тербелмелі жүйенің энергиясын оған сыртқы периодты түрде өзгеріп отыратын күшпен әрекет ету арқылы толықтыруға болады. Жүйенің энергиясы осы сыртқы күш жұмысының есебінен толығады. Бұл жағдайда тербелістер енді еркін емес, еріксіз болады; осы тербелістерді тудырушы периодты түрде өзгеріп отыратын күш мәжбүр етуші күш деп аталады. Сонымен еріксіз тербелістер дегеніміз — сыртқы периодты күштің әрекетінен болатын тербелістер.

Периодты түрде қайталанып отыратын күштер тіпті өздері тербелмелі жүйеге жатпайтын денелердің де периодты қозғалысын тудырады. Мысал үшін есіктің периодты түрде ашылып-жабылуын немесе тігін машинасы инесінің қозғалысын еске түсірейік. Бұл кезде периодты өзгеріп отыратын күш әрекетінен болатын қозғалыстың (тербелістің) периоды сол күштің периодына тең болатынын байқау қиын емес.

Акустикалық резонанс

Қарапайым мысал қарастырайық. Меншікті тербеліс жиіліктері бірдей екі камертон алып, оларды бір-біріне жақынырақ қояйық та, олардың бірін тербелтейік (110-сурет). Сәл уақыттан кейін оның тербелісін қолымызбен басып тоқтатсақ, екінші камертонның дыбыс шығарып тұрғанын естиміз. Ал екінші камертонды ешкім тербеліске келтірмегендіктен, "оның тербелуіне бірінші камертоннан ауа арқылы берілген тербеліс ықпал етті" деген қорытындыға келеміз.

Енді екінші камертонды меншікті тербеліс жиілігі бірінші камертондыкінен өзгеше камертонмен алмастырып, тәжірибені қайталайық. Бұл кезде екінші камертонның дыбыс шығармайтынын байқауға болады. Бірінші жағдайда камертондардың меншікті тербеліс жиіліктері сәйкес келгендіктен, резонанс құбылысы байқалды. Екінші жағдайда камертондардың меншікті тербеліс жиіліктері сәйкес келмегендіктен, резонанс туындаған жоқ. Бірінші жағдайда қарастырылған құбылыс акустикалық резонанс деп аталады.

Осы акустикалық резонанс құбылысын пайдаланып, тербелетін денеден шығатын дыбысты күшейтуге болады. Сондықтан камертондар арнайы жәшіктерге орнатылады. Жәшіктің меншікті тербеліс жиілігі камертонның шығаратын дыбыс жиілігіне үндестіріледі.