Явления резонанса

Явления резонанса

Резонанс играет очень большую роль в самых разнообразных явлениях, причем в одних - полезную, в других - вредную. Чтобы понять значение резонанса в жизни нужно вернутся к теме колебаний и их видов.

Колебания - повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия.

Классификация:

·        Механические - происходит изменение ускорения, скорости и координаты тела.

·        Электромагнитные - происходит изменение напряжения, силы тока и заряда

По способу поступления энергии колебания делятся на свободные, вынужденные и автоколебания.

·        Свободные колебания - колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из положения равновесия;

·        Вынужденные колебания - колебания, происходящие под воздействием внешних периодических сил;

·        Автоколебания - незатухающие колебания, которые существуют за счет поступления энергии в систему под ее же управлением.

По виду амплитуды колебания делятся на:

·        гармонические (физическая величина изменяется с течением времени по

гармоническому закону — закону синуса или косинуса);

·        затухающие (колебания, энергия которых уменьшается с течением времени);

·        незатухающие (колебания, энергия которых с течением времени не изменяется).

Колебания характеризуются определенными физическими терминами, которые позволяют описать количество колебаний.

Амплитуда колебаний - максимальное значение смещения или изменения переменной величины.

Что же такое резонанс?

Резонанс - это отклик колебательной системы на периодическое воздействие внешней силы, проявляющееся в синхронизации частот колебаний системы с частотой внешнего воздействия, что влечет за собой явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний этой системы.

Резонансная частота - частота вынуждающей силы, равная собственной частоте колебательной системы, при которой достигается максимальная амплитуда.

Резонанс возникает в любых упругих средах: твердых, жидких и газообразных, основное - это наличие резонансной частоты.

Виды резонанса:

·        механический;

·        электрический;

·        акустический.

Рассмотрим ближе все виды.

Механический резонанс - это резонанс, вызванный механическим воздействием.

Электрический резонанс - это увеличение токов и напряжений на отдельных участках цепи при изменении частоты гармонического сигнала.

Акустический резонанс - это явление, при котором акустическая система усиливает звуковые волны, частота которых совпадает с одной из ее собственных частот вибрации (ее резонансными частотами).

Как бороться с резонансом

Чтобы избежать нежелательных проявлений резонанса, действуют двумя способами:

1)  «разгружать» частоты, совпадение которых может привести к резонансу. Для этого изменяют или частоту внешней силы, или собственную частоту системы;

2) увеличивают затухание колебаний, например, ставят двигатель на резиновую подкладку или пружины.

Примеры резонанса:

·        Если кинуть в воду два камня, попутные волны от них встретятся и увеличатся.

·        Дребезжащий звук двигателя автобуса или грузовика, который слышно, 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.

·        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 обрушение.

·        Качели можно толкаться через равные промежутки времени, чтобы соответствовать его собственной резонансной частоте, чтобы привести его в колебательное движение с высокой амплитудой.

·        Громкая музыкальная система может иногда вызывать вибрацию домашней мебели и стен. Это происходит, если естественная частота мебели синхронизируются с резонансной частотой вибрации музыкальной системы.

·        Механизм отсчета времени современных часов.

Египетский мост

Египетский мост с момента его появления был окружен легендами и слухами. Новый всплеск произошел в 1905 г., после неожиданного обрушения моста. Причины катастрофы были настолько загадочными, что порождали десятки версий - от рациональных до совсем невероятных и мистически.

20 января 1905 г., когда по Египетскому мосту проходил кавалерийский эскадрон, пролеты неожиданно рухнули на лед Фонтанки. Вечерние газеты писали: «Сегодня в 12 ½ час. дня при следовании лейб-гвардии конно-гренадерского полка через Египетский Цепной мост через Фонтанку, в тот момент, когда головная часть полка уже подходила к противоположному берегу, мост обрушился. Находившиеся впереди офицеры успели проскочить на берег, нижние же чины, в количестве двух взводов, шедшие в строю справа по три в ряд, вместе с лошадьми упали в воду. Упали также в воду проезжавшие в обратную сторону один ломовой и четыре легковых извозчика без седоков и несколько пешеходов… К 2 часам дня люди и лошади были извлечены из воды. Пострадавшие были отправлены в ближайшие приемные покои и в лазарет Николаевского артиллерийского училища. Серьезно пострадавших, по официальным сведениям, не оказалось».

Цепи разорвались, и весь мост оказался на дне реки. Только четыре сфинкса остались на своих местах по обе стороны моста. Тут же началось расследование причин обрушения. Первой версией была «непрочность конструкции». Однако инженеры возражали против нее, так как с момента своего создания мост ремонтировали уже несколько раз, в 1904 г. ремонтные работы проводились дважды, после чего вынесли вердикт о том, что конструкция находится в хорошем состоянии.

Конечно, основная причина заключается таком явлении как резонанс. Он возник при маршировке полка. Идя нога в ногу, мост раскачался и конструкции не выдержали.