Раздаточный материал 2 группа

2 группа.

Вредные проявления резонанса.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при действии на колебательную систему внешней силы с частотой ω, совпадающей с собственной частотой ω₀ системы (ω = ω₀).

Каждая деталь, механизм, машина или постройка имеют собственную частоту колебания. Если они при работе попадают под действие вынуждающей силы, весьма опасными могут быть последствия при совпадении частот. Землетрясения или сейсмические волны, а также работа сильно вибрирующих технических устройств могут вызвать разрушения части зданий или даже зданий целиком. Кроме того, землетрясения могут привести к образованию огромных резонансных волн – цунами с очень большой разрушительной силой.

Также резонанс может стать причиной разрушения мостов. В 1750 г. цепной мост вблизи г. Анжер (Франция) был разрушен в результате резонанса, во время прохождения по нему отряда солдат, так как частота их шага совпала с частотой свободных

 колебаний моста. В 1906 г. в г. Петербурге (Россия) обрушился Египетский мост, по которому проходил кавалерийский эскадрон. Как сообщали газеты того времени, подразделение двигалось на лошадях, которых пришлось впоследствии извлекать из воды. Естественно, что лошади гвардейцев двигались строем, а не как попало. Чеканный шаг солдатских сапог совпал с собственной частотой колебаний моста. Он стал колебаться с такой амплитудой, на которую его прочность не была рассчитана и… развалился. Тогда и родилась новая воинская команда «…не в ногу». Она звучит, когда пешая или конная рота солдат проходит по мосту. Катастрофические последствия для мостов могут послужить также и от воздействия ветра. Так, 7 ноября 1940 через игнорирование действия ветровой нагрузки на мост при его проектировании и вследствие возникновения резонанса разрушился Такомский подвесной мост общей длиной 1800 м и длиной центрального пролета 850 м (США). Причиной обрушения центрального пролета стал ветер со скоростью около 65 км/ч.

Некоторые летчики-испытатели с ужасом сообщали, что при полете их самолет вдруг начинало сильно трясти, и через несколько минут он буквально рассыпался в воздухе.  Расследования таких случаев дали ответ о виновнике аварии: это был резонанс. При работе двигателей совпали частоты их колебаний с собственной частотой колебаний корпуса самолета. Размах колебаний все увеличивался, и самолет просто рассыпался в воздухе. Известны случаи, когда приходилось перестраивать океанские лайнеры, чтобы уменьшить вибрацию. Любое тело имеет свою собственную частоту колебаний. И если суметь подобрать такую же частоту внешней силы, разрушение будет неизбежно.

В настоящее время при конструировании машин и различного рода строительных сооружений с явлением резонанса приходится считаться. Почти все современные конструкции и строительные сооружения имеют в своей основе так называемые жесткие системы, которые практически не имеют своих собственных колебаний. Это позволяет в свою очередь существенно уменьшить (свести к минимуму) возможность появления резонанса. Если же явление резонанса не учитывать и пустить его на самотек, то в строительстве это может привести к серьезным последствиям и даже к катастрофам (как в случае с мостом). Резонанс может привести к сильным вибрациям, которые в свою очередь могут разрушить даже кажущиеся на первый взгляд очень прочные строительные конструкции. Например, болты, которыми скрепляются опорные конструкции строительных сооружений, могут просто вылететь из — за возникшей вибрации вследствие резонанса.

 В Японии во время землетрясения часто бывало так, что разрушались железобетонные здания, стальные мосты, а деревянные пагоды стояли как ни в чем ни бывало. Секрет пагод на хорошем изобретательном 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.

Во многих городах мира строятся небоскребы высотой в десятки метров. Железобетонный каркас супернебоскребов должен выдержать на большой высоте напор ветра, дующего со скоростью 150 км/ч. Как предотвратить раскачивание зданий? Чтобы свести к минимуму это раскачивание, инженеры в верхней части зданий устанавливают гигантские противовесы, называемые настроенными амортизаторами массы. В большинстве случаев амортизаторы представляют собой гигантский шар из стали или бетона, вес которого достигает 300-800 тонн! Этот шарик подвешивается на пружинах и поршнях в верхней части зданий и беспрепятственно балансирует при изменении угла наклона здания. По сути, его задача состоит в сохранении центра массы небоскреба.

В Японии одна из строительных компаний реализовала более простое решение: на крыше небоскреба устанавливается огромный резервуар с водой. Из-за огромной массы и инерционности жидкость реагирует на сотрясения с запозданием. Колебания здания нейтрализуется и в значительной степени гасится.

Вопросы:

1. Приведите примеры вредного проявления резонанса из жизни.

2. Объясните эти примеры.

3. Оцените вред резонанса.

4. Существуют ли способы исключения вредного воздействия резонанса?