Явление резонанса: полезные и вредные проявления

1.

Явление резонанса:
полезные и вредные
проявления

2.

3.

́нс (фр. resonance, от лат. resono —
Резона
откликаюсь) — явление резкого возрастания
амплитуды вынужденных колебаний, которое
наступает при приближении частоты
внешнего воздействия к некоторым
значениям (резонансным частотам),
определяемым свойствами системы.
Увеличение амплитуды — это лишь следствие
резонанса, а причина — совпадение внешней
(возбуждающей) частоты с внутренней
(собственной) частотой колебательной
системы.

4.

При помощи явления резонанса можно
выделить и/или усилить даже весьма
слабые периодические колебания.
Резонанс — явление, заключающееся в
том, что при некоторой частоте
вынуждающей силы колебательная
система оказывается особенно
отзывчивой на действие этой силы.
Степень отзывчивости в теории
колебаний описывается величиной,
называемой добротность.

5.

Явление резонанса впервые
было описано Галилео
Галилеем в 1602 г в работах,
посвященных исследованию
маятников и
музыкальных
струн.

6.

Явление резонанса можно продемонстрировать и с нитяными маятниками
(рис.39). Подвесим на рейке массивный шар и несколько легких
маятников, имеющих нити разной длины. Каждый из этих маятников
имеет свою собственную частоту колебаний, которую можно
определить, зная длину нити и ускорение свободного падения.
Теперь, не трогая легких маятников, выведем шар 1 из положения
равновесия и отпустим. Качания массивного шара вызовут
периодические изгибания рейки, вследствие которых на каждый из
легких маятников начнет действовать периодически изменяющаяся сила
упругости. Частота ее изменений будет равна частоте колебаний
шара. Под действием этой силы маятники начнут совершать
вынужденные колебания. При этом мы увидим, что маятники 2 и 3
останутся почти неподвижными. Маятники 4 и 5 будут колебаться
немного большей амплитудой.
А у маятника 6, имеющего такую же длину нити и, следовательно,
собственную частоту колебаний, как у шара 1, амплитуда окажется
максимальной. Это и есть резонанс.

7.

Резонанс можно наблюдать и с помощью установки, изображенной
на рисунке 40. Основание маятника метронома 1 соединяют
нитью 3 с нитью маятника 2. Маятник в этом опыте качается с
наибольшей амплитудой тогда, когда частота колебаний
метронома ("дергающего" за нить маятника) совпадает с
частотой свободных колебаний этого маятника.

8.

Проявления резонанса.
Идя по доске, перекинутой через ров, можно попасть шагами в
резонанс с собственным периодом системы (доски с человеком на
ней), и доска начинает тогда сильно колебаться (изгибаться вверх
и вниз). То же самое может случиться и с мостом, по которому
проходит войсковая часть или проезжает поезд (периодическая сила
обусловливается ударами ног или ударами колес на стыках рельсов).
Так, например, в 1906 г. в Петербурге обрушился так называемый
Египетский мост через реку
Фонтанку. Это произошло при
переходе через мост
кавалерийского эскадрона,
причем четкий шаг лошадей,
отлично обученных
церемониальному маршу,
попал в резонанс с периодом
моста. Для предотвращения
таких случаев войсковым
частям при переходе через
мосты приказывают обычно
идти не «в ногу», а вольным шагом

9.

Поезда же большей частью переезжают мосты на
медленном ходу, чтобы период ударов колес о стыки
рельсов был значительно больше периода свободных
колебаний моста. Иногда применяют обратный способ
«расстройки» периодов: поезда проносятся через мосты
на максимальной скорости.
Случается, что период ударов колес на стыках
рельсов совпадает с периодом колебаний вагона на
рессорах, и вагон тогда очень сильно раскачивается.

10.

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.

11.

Однако не следует думать, что резонанс
играет только вредную роль и потому с ним
всегда нужно бороться. Действие генераторов
переменного тока основано на
параметрическом резонансе, возникающем в
электрическом колебательном контуре; методы
электронного парамагнитного резонанса и
ядерного магнитного резонанса - мощные
методы исследования строения вещества;
используется явление резонанса и в
современных мощных ускорителях циклотронах; на явлении резонанса основан
прибор - частотомер, с его помощью можно
измерять частоту колебаний различных
систем.

12.

Частотомер

13.

Спасибо за внимание !!!