Дефиниција концепта резонанце (одзива) у физици је додељена специјалним техничарима који поседују статистичке графиконе који се често сусрећу са овом појавом. Данас је резонанца фреквентно селективни одговор, где систем вибрација или оштар пораст спољне силе присиљавају други систем да осцилира са већом амплитудом на одређеним фреквенцијама.

Принцип рада

Овај феномен је примећен када је систем способан да складишти и лако преноси енергију између два или више различитих начина складиштења, као што су кинетичка и потенцијална енергија. Међутим, постоје губици из циклуса у циклус, који се називају пригушење. Када је пригушење занемарљиво, резонантна фреквенција је приближно једнака природној фреквенцији система, која је фреквенција неискрених осцилација.

Ове појаве се дешавају са свим врстама осцилација или таласа: механичким, звучним, електромагнетним, нуклеарно магнетним (НМР), спиновањем електрона (ЕПР) и резонанцом квантних таласних функција. Такви системи се могу користити за генерисање вибрација одређене фреквенције (на пример, музички инструменти).

Израз "резонанца" (од латинског ресонантиа, "одјек") потиче из подручја акустике, нарочито посматраних на музичким инструментима, на пример, када жице почињу да вибрирају и репродукују звук без директног утицаја свирача.

Примери резонанције у животу

Притисак особе на љуљашку уобичајен је пример ове појаве. Њихало оптерећено, клатно има своју фреквенцију осцилације и резонантну фреквенцију, која одолева притиску брже или спорије.

Пример је колебање граната на игралишту које делује попут клатна. Притисак особе током замаха с природним интервалом осцилације доводи до чињенице да замах иде све више и више (максимална амплитуда), док покушаји да се љуљају бржим или споријим темпом стварају мање лукове. То је због чињенице да се енергија коју апсорбују вибрације повећава када ударци одговарају природним вибрацијама.

Одговор се широко налази у природи и користи се у многим вештачким уређајима. Ово је механизам помоћу којег се стварају готово сви синусни таласи и вибрације. Многи звукови које чујемо, на пример, када се ударају о тешке предмете израђене од метала, стакла или дрвета, узрокују кратке вибрације у објекту. Светлосна и друга кратко-таласна електромагнетна зрачења настају резонанцом на атомској скали, попут електрона у атомима. Остали услови у којима се могу применити корисна својства овог феномена:

  • Механизми времена, модерни сатови, балансни точак у механичком сату и кварцни кристал у сату.
  • Одговор плиме Фунди Баи-а.
  • Акустична резонанца музичких инструмената и људски глас.
  • Уништавање кристалне чаше под утицајем музички исправног тона.
  • Идиофони трења, попут стварања стакленог предмета (стакла, боце, вазе), вибрирају када се врхом прста трља око његове ивице.
  • Електрични одзив прилагођених кола у радио станицама и телевизијама који селективно примају радио фреквенције.
  • Стварање кохерентне светлости оптичком резонанцом у ласерској шупљини.
  • Орбитални одговор, пример који су неки месеци гасних дивова Сунчевог система.

Материјалне резонанције на атомској скали су основа неколико спектроскопских метода које се користе у физици кондензоване материје, на пример:

  • Електронски центрифугирање.
  • Моссбауеров ефекат.
  • Нуклеарно магнетно.

Врсте феномена

У опису резонанце, Галилео је само скренуо пажњу на најважнију ствар - способност механичког осцилирајућег система (тешко клатно) да акумулира енергију која се испоручује из спољног извора са одређеном фреквенцијом. Манифестације резонанце имају одређене карактеристике у разним системима и зато разликују његове различите врсте.

Механички и акустички

Механичка резонанца је тенденција механичког система да апсорбује више енергије када његова фреквенција одговара природној фреквенцији вибрације система. То може довести до озбиљних колебања кретања, па чак и до катастрофалних кварова у недовршеним грађевинама, укључујући мостове, зграде, возове и авионе. Приликом пројектовања објеката, инжењери морају осигурати да механичке резонантне фреквенције компонената не одговарају вибрацијским фреквенцијама мотора или других осцилирајућих дијелова како би се избјегле појаве познате као резонантна невоља.

Електрична резонанца

Јавља се у електричном кругу на одређеној резонантној фреквенцији када је импеданција круга минимална у серијском кругу или максимална у паралелном кругу. Резонанца у колама користи се за пренос и пријем бежичне комуникације, као што су телевизија, мобилна мрежа или радио.

Оптичка резонанца

Оптичка шупљина, која се назива и оптички резонатор, је посебан распоред огледала који формира резонатор стајаћег таласа за светлосне таласе . Оптичке шупљине су главна компонента ласера ​​који окружују медиј за појачавање и пружају повратне информације о ласерском зрачењу. Такође се користе у оптичким параметричним осцилаторима и неким интерферометрима.

Светлост ограничена у шупљини непрестано репродукује стајаће таласе за одређене резонантне фреквенције. Резултирајући узорци стајаћег таласа називају се „модуси“. Уздужни модуси се разликују само по фреквенцији, док се попречни модуси разликују за различите фреквенције и имају различите обрасце интензитета по пресеку снопа. Резонатори прстена и шапатне галерије су примери оптичких резонатора који не творе стојеће таласе.

Орбиталне вибрације

У свемирској механици, орбитални одговор настаје када два орбитална тела једно другом делују редовно, периодично гравитационо. То се обично дешава због чињенице да су њихови орбитални периоди повезани односом двају малих целих бројева. Орбиталне резонанце значајно појачавају међусобни гравитациони утицај тела. У већини случајева то доводи до нестабилне интеракције у којој тела размењују замах и померања све док више не постоји резонанца.

У неким околностима, резонантни систем може бити стабилан и самоисправљајући тако да тела остану у резонанци. Примери су месечина резонанца Јупитера Ганимеда, Европа и Ио, 1: 2: 4, и резонанца 2: 3 између Плутона и Нептуна. Нестабилне резонанције са унутрашњим месечевима Сатурна стварају празнине у Сатурновим прстенима. Посебан случај 1: 1 резонанце (између тела са сличним орбиталним радијусима) присиљава велика тела Сунчевог система да чисте комшилук око својих орбита, истискујући готово све остало око њих.

Атомске, парцијалне и молекуларне

Нуклеарна магнетна резонанца (НМР) је назив дефинисан феноменом физичке резонанце повезаном са посматрањем специфичних квантно-механичких магнетних својстава атомског језгра ако је присутно спољно магнетно поље. Многе научне методе користе НМР појаве за проучавање молекуларне физике, кристала и некристалних материјала. НМР се такође често користи у модерним медицинским техникама снимања, као што су снимање магнетном резонанцом (МРИ).

Користи и штете резонанције

Да би се извукао закључак о предностима и недостацима резонанције, потребно је размотрити у којим се случајевима она може најактивније и најочитије показати људском активношћу.

Позитиван ефекат

Феномен одговора се широко користи у науци и технологији . На пример, рад многих радио склопова и уређаја заснован је на овој појави.

  • Двотактни мотор. Пригушивач двотактног мотора има посебан облик, дизајниран да створи резонантну појаву. Побољшава рад мотора смањујући потрошњу и загађење. Ова резонанца делимично смањује негореле гасове и повећава компресију у цилиндру.
  • Музички инструменти У случају гудача и дувачких инструмената, производња звука се јавља углавном када је осцилаторни систем (жице, стубови ваздуха) побуђен пре појаве резонанције.
  • Радио. Свака радио станица емитује електромагнетни талас са јасно дефинисаном фреквенцијом. Да би га ухватио, РЛЦ склоп је присиљен да вибрира антеном која снима све електромагнетне таласе који допиру до њега. Да бисте слушали једну станицу, природна фреквенција РЛЦ круга мора бити подешена на фреквенцију жељеног предајника променом капацитета капацитета променљивог кондензатора (рад се изводи притиском на дугме за тражење станице). Сви радио-комуникациони системи, било да су предајници или пријемници, користе резонаторе за „филтрирање“ фреквенција сигнала које обрађују.
  • Магнетна резонанца (МРИ). 1946, два Американца Фелик Блоцх и Едвард Миллс Пурцелл су независно открили феномен нуклеарне магнетне резонанце, који се такође назива НМР, што им је донело Нобелову награду за физику.

Негативни утицај

Међутим, феномен није увек користан . Често можете пронаћи везе до случајева када су се монтирани мостови пробили када су војници пролазили дуж њих „у подножје“. У овом случају упућује се на манифестацију резонантног ефекта утицаја резонанције, а борба против ње постаје широка.

  • Моторни превоз. Мотористе често нервира бука која настаје при одређеној брзини возила или као резултат рада мотора. Неки слабо заобљени делови тела одјекују и емитују звучне вибрације. Сам аутомобил са својим системом огибљења је осцилатор опремљен ефикасним амортизерима који спречавају појаву акутне резонанце.
  • Мостови. Мост може да врши вертикалне и бочне вибрације. Свака од ових врста осцилација има свој период. Ако су ременице суспендоване, систем има веома различиту резонантну фреквенцију.
  • Зграде. Високе зграде подложне су земљотресима. Неки пасивни уређаји могу их заштитити: они су осцилатори чија је природна фреквенција блиска фреквенцији саме зграде. Тако се клатно у потпуности апсорбује, чиме се спречава уништавање зграде.

Ресонанце Ресонанце

Али упркос понекад кобним последицама ефекта одговора, против тога је сасвим могуће и неопходно. Да би се избегла непожељна појава овог феномена, обично се користе две методе за истовремено примену резонанције и борбу против ње:

  1. Постоји „искључење“ фреквенција, што ће, ако се поклопи, довести до нежељених последица. Да бисте то учинили, повећајте трење различитих механизама или промените природну фреквенцију осцилација система.
  2. Повећајте пригушивање вибрација, на пример, ставите мотор на гумену облогу или опруге.

Категорија:

Технологија