просто и понятно о его сути в физике

Определение

Добротность

Виды и примеры

Опасность и польза

Видео

Почему солдатам, обычно марширующим строевым шагом при пересечении моста дается команда идти «вольно»? Потому, что маршируя по мосту, они могут его обрушить. Происходит это вследствие интересного физического явления – резонанса. Впрочем, явление резонанса активно употребляется не только в физике. К примеру, термин «общественный резонанс» означает реакцию большого количества людей на какое-то событие, будь-то политическое, экономическое, социальное. Но в нашей статье мы поговорим именно о физическом резонансе, его значении в физике, причинах и наиболее ярких примерах из жизни.

Определение

Первым, кто дал определение того, что такое резонанс был великий итальянский ученый Галилео Галлией, активно занимающийся не только астрономическими наблюдениями, но и работой с маятником, теорией струн и многими другими вещами в физике.

Итак, в переводе с латыни слово «резонанс» буквально означает «откликаюсь», и означает физическое явление, при котором собственные колебательные движения, становясь вынужденными, многократно увеличивают свою амплитуду, отвечая на воздействия внешней среды.

Или если по-простому, то резонанс это отклик на некий раздражитель извне, это синхронизация частот колебаний (количества колебаний в секунду) определенного тела (или целой системы) с внешней силой, которая воздействует на него. Вследствие физического резонанса всегда происходит увеличение амплитуды колебаний тела или системы.

Представьте себе детские качели, чтобы раскатать их сильнее, вам необходимо прикладывать силу таким образом, чтобы ее колебания совпадали с колебаниями самой качели. Как результат таких действий качели будут раскачиваться все сильнее и сильнее, или говоря по-научному – амплитуда их колебаний будет увеличиваться. Детские качели, пожалуй, самый простой и яркий пример резонанса из нашей жизни.

Впрочем, есть у резонанса и свой антипод – диссонанс. Диссонанс (с латыни переводится как «разногласящий») – прямо противоположное явление, означающее несовпадение, несоответствие. Если к тем же раскаченным качелям начать прикладывать силу хаотически, то есть хаотически их дергать туда-сюда, то вскоре они остановятся, амплитуда их движения снизится до нуля. Или еще один наглядный пример: если вы жарким летним днем выйдете на улицу в шубе, это тоже будет диссонанс, так как ваша одежда будет совершенно не соответствовать погоде.

Добротность

Резонанс в физике часто связан с добротностью. Что это такое? Под добротностью понимается степень отзывчивости колебательной системы, уровень интенсивности ее отклика. На все том же примере с качелями можно представить, что есть две качели, одни из них старые и ржавые, а вторые новые, недавно построенные. Чтобы раскачать старые и ржавые качели нужно приложить намного больше усилий, нежели новые, то есть добротность у старых качелей (яко колебательной системы) будет в разы ниже, чем у качелей новых.

Логично, что разные показатели добротности приводят к разным последствиям:

• При низкой степени добротности колебательная система не будет сохранять долгое время вынужденные колебания, и очень скоро возвратится к естественным колебаниям.
• В определенных ситуациях высокая добротность может быть опасной, так как сильный резонанс и многократное увеличение амплитуды колебаний приведет к разрушению физического тела.

Виды и примеры

Только в самой физике различают такие виды резонанса как:

• Механический резонанс – это все те же вышеупомянутые качели, резонанс моста от проходящей роты солдат, резонанс колокольного звона и т. д. Одним словом, резонанс, вызванный механическими воздействиями.
• Акустический резонанс – это резонанс, благодаря которому работают все струнные музыкальные инструменты: гитара, скрипка, лютня, балалайка, банджо и т. д. К слову корпус музыкальных инструментов неспроста имеет свою форму. Звук, издаваемый струной при щипке, попадает внутрь корпуса и там вступает в резонанс со стенками, что в результате приводит к его усилению. По этой причине качество звучания той же гитары сильно зависит от того материала, из которого она сделана и даже от лака которым она покрыта.
• Электрический резонанс – представляет собой совпадение частоты колебаний внешнего напряжения с частотой колебаний электрической цепи, по которой идет ток.

Помимо этих чисто физических резонансов есть еще уже упомянутый нами общественный резонанс – яркий отклик общества на какое-то событие (обычно политическое или экономическое), например брекзит Британии, ее выход из Европейского союза вызвал широкий общественный резонанс во многих странах Европы и особенно, разумеется, в самой Британии.

Есть также и когнитивный резонанс – это полное совпадение во взглядах и мнениях. Например, вы познакомились с новым человеком, а он думает так же как вы, у вас абсолютно схожие взгляды, вкусы, предпочтения, тогда имеет место когнитивный резонанс. И противоположное явление – когнитивный диссонанс, когда вы абсолютно не согласны с кем-то или чем-то, абсолютно не принимаете происходящего. (Например, автор этой статьи, оказавшись в каком-нибудь украинском бюрократическом учреждении, будь-то Жеке, БТИ или налоговой испытывает настоящий когнитивный диссонанс)).

Опасность и польза

Резонанс, как и любое другое физическое явление, сам по себе не является ни плохим, ни хорошим, так как может приносить как пользу, так и вред. Например, именно резонанс помогает вытащить автомобиль, застрявший в грязи или снегу – планомерное раскачивание авто, то взад, то вперед с увеличением амплитуды колебаний помогает освободить его из плена.

А вот хрестоматийный негативный пример действия резонанса описан в самом начале нашей статьи, и связан с мостами. Если рота солдат строевым шагом пройдет по мосту, то может если и не обрушить его, то значительно повредить, потому, что вызовет сильный резонанс собственных колебаний поверхности моста с колебаниями от марша «нога в ногу» сотен солдат.

Впрочем, сильный резонанс моста может случиться и не только от марширующей роты солдат, конструкторам и архитекторам давно известно такое понятие как «Такомский мост» – это мост построенный с сильными нарушениями строительных норм. Дело в том, что в 40-х годах еще XIX века в США произошло обрушение висячего моста. Причиной обрушения был резонанс. Но рота солдат по мосту не маршировала, виновником на этот раз был ветер – колебания ветра вступили в резонанс с собственными колебаниями конструкции моста и в результате вызвали его обрушение.

С тех пор технологии строительства мостов претерпели значительные изменения, а инженеры, конструкторы и архитекторы при проектировании своих объектов обязательно принимают в расчет явление резонанса. Этот феномен необходимо учитывать не только при строительстве мостов, но и при возведении высотных зданий, антенн, высоких опор, словом всего того, что теоретически может войти в резонанс с воздушными потоками.

Видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Урок 1. механические колебания — Физика — 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 1. Механические колебания

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

Механические колебания;

Виды механических колебаний;

Характеристики колебательных движений;

Явление резонанса.

Глоссарий по теме

Механические колебания – это физические процессы, точно или приблизительно повторяющиеся через одинаковые интервалы времени.

Колебания, происходящие под действием внутренних сил в колебательной системе, называют свободными.

Вынужденные колебания – это колебания, происходящие под действием внешней периодически меняющейся силы.

Амплитуда – это наибольшее смещение колеблющейся величины от положения равновесия.

Период – это время одного полного колебания.

Частота колебаний – это число колебаний за единицу времени.

Фаза колебаний – это физическая величина определяющая отклонение колеблющейся величины от положения равновесия в данный момент времени.

Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты изменения внешней силы, действующей на систему с частотой свободных колебаний.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 53 – 73.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. – С. 59 – 61.

• Степанова. Г.Н. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М., Просвещение 1999 г.
• Е.А. Марон, А.Е. Марон. Контрольные работы по физике. М., Просвещение, 2004

Основное содержание урока

Мир удивителен и многообразен. Мы каждый день наблюдаем разные движения тел. Все мы видели, как раскачивается ветка на ветру, лодка на волнах, качели, деревья при ветре. Чем эти движения отличаются от движения тележки движущейся прямолинейно? Мы видим, что в отличие от движения тележки движущейся прямолинейно, движения всех этих тел повторяются через определенный промежуток времени.

Механические колебания – это физические процессы, точно или приблизительно повторяющиеся через одинаковые интервалы времени.

Колебания играют огромную роль в нашей жизни. Примерами колебаний в нашем организме являются биение сердца, движение голосовых связок. Колебания происходят и в жизни нашей планеты (приливы, отливы, землетрясения) и в астрономических явлениях (пульсации звезд). Одним из грозных явлений природы является землетрясение – колебание земной поверхности. Строители рассчитывают возводимые ими сооружения на устойчивость при землетрясении.

Без знания законов колебаний нельзя было бы создать, телевидение, радио и многие современные устройства и машины. Неучтенные колебания могут привести к разрушению сложных технических сооружений и вызвать серьезные заболевания человека. Все это делает необходимым их всестороннее изучение.

Основным признаком колебательного движения является его периодичность. Колеблющееся тело за одно колебание дважды проходит положение равновесия. Колебания характеризуются такими величинами как период, частота, амплитуда и фаза колебаний.

Амплитуда – это наибольшее смещение колеблющейся величины от положения равновесия.

При малых амплитудах путь пройденный телом за одно полное колебание равен примерно четырем амплитудам.

Промежуток времени, в течение которого тело совершает одно полное колебание, называют периодом колебаний.

Период – это время одного полного колебания.

Чтобы найти период колебаний нужно разделить время колебаний на число колебаний.

[T] = 1с

Частота колебаний – это число колебаний за единицу времени.

[v] = 1 Гц (герц)

Единица частоты названа в честь немецкого ученого Г. Герца.

Фаза колебаний – это физическая величина определяющая отклонение колеблющейся величины от положения равновесия в данный момент времени.

[ω] = 1 рад/ с

Во всех колебательных системах действуют силы, стремящиеся вернуть тело в состояние устойчивого равновесия. Существуют несколько типов маятников: нитяные и, пружинные и т.д. Под словом «маятник» понимают твердое тело способное совершать колебания под действием приложенных сил около неподвижной точки или вокруг оси.

Мы с вами будем рассматривать пружинный и математический маятники.

Пружинный маятник. Колебательная система в этом случае представляет собой тело, прикрепленное к пружине. Колебания в таком маятнике возникают под действием силы упругости пружины и силы тяжести.

Период колебаний пружинного маятника:

T- период колебаний пружинного маятника

m – масса подвешенного груза

𝑘 – жесткость пружины

Математический маятник.

Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на длинной нерастяжимой нити.

Математический маятник — это идеализированная модель. Реальный маятник можно считать математическим, если длина нити много больше размеров подвешенного тела и масса нити ничтожна по сравнению с массой тела. Колебания такого маятника происходят под действием силы натяжения нити и силы тяжести. Формула для расчета периода колебаний математического маятника была выведена Гюйгенсом.

T – период колебаний математического маятника

𝑙 – длина нити маятника

𝑔 – ускорение свободного падения

Гюйгенс доказал, что период малых колебаний маятника не зависят от времени. Используя это свойство, названное изохронностью маятника Гюйгенс в тысяча шестьсот пятьдесят седьмом году, сконструировал первые маятниковые часы. Это свойство маятника было открыто 19-летним Галилеем более чем за 20 лет до открытия Гюйгенса. Наблюдая за тем, как раскачиваются в соборе светильники, подвешенные на нитях одинаковой длины, он заметил, что их период колебаний не зависит от времени. Наручных часов тогда не было, и юный Галилей пришёл к решению, которое для многих поколений будет служить образцом блеска и остроумия человеческой мысли: он сравнил колебания маятника с частотой биения собственного сердца.

Гармоническими являются колебания, происходящие под действием силы пропорциональной смещению колеблющейся точки и направленной противоположно этому смещению. Уравнение гармонических колебаний:

x – координата колеблющейся величины

– амплитуда колебаний

ω — циклическая частота

При наличии сил трения в системе колебания затухают. Амплитуда колебаний в этом случае со временем уменьшается. Иногда возникает необходимость в гашении колебаний, к примеру колебания кузова, на рессорах при езде на автомобиле. Для гашения колебаний применяют специальные амортизаторы. С кузовом связывают поршень, который при колебаниях движется в цилиндре, заполненном жидкостью. Большое сопротивление жидкости приводит к гашению колебаний.

Колебания, происходящие под действием внешней периодической силы, называются вынужденными.

Если частота изменения внешней силы не равна частоте свободных колебаний системы, то внешняя сила будет действовать не в такт со свободными колебаниями самой системы. В этом случае амплитуда колебаний будет определяться максимальным значением действующей на систему внешней силы.

Если частота изменения внешней силы совпадет с частотой свободных колебаний, то будет наблюдаться резкое возрастание амплитуды колебаний, так как внешняя сила в этом случае будет действовать в такт со свободными колебаниями этой системы.

ω — частота изменения внешней силы.

ω₀ – частота свободных колебаний системы.

Впервые явление резонанса было описано Галилеем. Явление резонанса играет большую роль в природе, технике и науке. Большинство сооружений и машин обладая определенной упругостью, способно совершать свободные колебания. Поэтому внешние периодические воздействия могут вызвать их резонанс, что может стать причиной катастроф. Известно много случаев, когда источником опасных колебаний были люди, идущие в ногу. Так, в 1831 году в городе Манчестер при прохождении по мосту колонны солдат строевым шагом мост разрушился. Аналогичный случай был в г. Петербурге в 1905 году. При прохождении моста через реку Фонтанка эскадроном гвардейской кавалерии мост обрушился. Для предотвращения резонансных явлений используют разные способы гашения вынужденных колебаний. Один способ состоит в изменении частоты свободных колебаний в системе. Другой способ состоит в увеличении силы трения в системе: чем больше сила трения, тем меньше амплитуда резонансных колебаний

Разбор тренировочных заданий

1. Найдите массу груза, который на пружине жесткостью 250 Н/м делает 20 колебаний за 16 с.

Дано:

𝑘=250 Н/м

N= 20

t= 16 с

_______

m=?

Решение:

Напишем формулу периода пружинного маятника

T=2π√(m/k)

Из этой формулы выразим массу

Период колебаний груза найдём через время колебаний и число колебаний по формуле:

Подставляем числовые значения величин

T=0,8 с.

Следовательно масса равна:

m=4 кг

Ответ: m=4 кг

2. На нити подвешен шарик массой 0,1 кг. Шарик отклонили на высоту 2,5 см (по отношению к положению равновесия) и отпустили. Определите максимальную скорость шарика.

Дано:

m= 0,1 кг

h=2,5 см = 0.025 м

_________

v_m=?

Решение:

Скорость колеблющегося шарика максимальна в момент прохождения положения равновесия.

Для решения задачи применим закон сохранения энергии:

Подставляем числовые значения величин:

Ответ:

Применение резонанса: эффект, понятие и виды

Из курса школьной или университетской физики многие помнят такое понятие, как «резонанс» – явление постепенного или резкого возрастания колебательной амплитуды определенного тела в момент прикладывания к нему внешней силы определенной частоты.

Практически ответить на вопрос о резонировании или его применении могут не все. Именно поэтому в сегодняшнем материале будет рассказано, в чем заключается явление резонанса, каково применение резонанса в технике и какие виды резонанса существуют.

Зависимость амплитуды от частоты колебаний

Резонанс – что это такое

Резонанс в физике – это частотно-избирательный отклик системы колебаний на внешние силы, которые периодически воздействуют на систему. Проявляется это воздействие в резком увеличении амплитуды движений этих колебаний, когда частота внешней воздействующей силы совпадает с некоторыми, характерными для данной колебательной системы, частотами.

Важно! Суть резонирования заключается в резком увеличении амплитуды колебаний при совпадении значения частоты силы, воздействующей на систему извне, с собственной частотой колебаний этой системы.

Тупое и острое резонирование

Чтобы далее говорить о явлении резонирования, следует понять, что такое колебания и частота. Колебания – это процесс изменения состояний колебательной системы, который повторяется через определенные промежутки времени и происходит вокруг точки равновесия. В пример можно привести раскачивание на качелях. Произойти резонирование частот может только там, где есть колебательные движения. Причем совсем неважно, к какому именно виду относятся колебания: электрические, звука, механические.

Виды колебательных движений

Процесс колебаний характеризуют частота и амплитуда. Простыми словами, на примере качели можно сказать, что амплитуда – это высшая точка, которую они достигают. Частота колебаний отвечает за скорость достижения качелями этой точки.

Возвращаясь к примеру с качелями, можно сказать, что когда они раскачиваются, система колебаний совершает вынужденные колебания. Увеличить амплитуду этих колебаний можно путем воздействия на эту систему определенным образом. То есть, если толкать качели с определенной силой и в определенное время, то можно сильно раскачать их без применения больших усилий.

Это явление и будет называться резонансом: частота воздействий извне будет совпадать с частотой колебаний в системе, и вследствие этого будет увеличиваться амплитуда.

Резонирование напряжений в электроцепи

Как определяется резонанс

На примере электричества и резонирования напряжений определить его можно специальными приборами: вольтметром или осциллографом. Для этого делают измерения напряжений во время настройки резонирования. При максимальном напряжении резонанс будет достигнут. Важно понимать, в какой именно системе достигается резонанирование. Например, в трансформаторе «Тесла» напряжение может достигать миллионов вольт и для настройки достаточно поднести щупы на небольшое расстояние к нему и менять параметры, смотря на изменение напряжения. Когда настройка будет достигнута и напряжение будет максимальным – это и будет резонирование.

Прибор для демонстрации резонанса маятников

Принципы действия

Теперь ясно, что резонирование – это процесс возбуждения колебаний одного объекта колебаниями другого тела такой же частоты. Это явление присуще всему, что есть на планете. Это может быть человек или камень. Резонирование может возникать между всеми телами вне зависимости от их природы и устройства. Но есть одно условие – работа тела на одном виде энергии и на совпадающей частоте и гармонике.

 

Качели – одно из основных механических проявлений резонирования

Этот принцип соответствия и дает возможность происходить обменным энергетическим и информационным процессам, позволяя представителям живого и неживого производить общение друг с другом. Резонанс, который лежит в любом взаимодействии, способен разрушать и создавать, убивать и исцелять. Неизвестно, в какой области он проявляется более полно и сильно. Согласно физическим законам, в области чувств явление и принцип резонирования должны проявляться сильнее, так как именно в этой области несущими сигнал являются более короткие волны, обладающие более высокой энергией.

Интерферометр Фабри-Перо

Вхождение в резонанс или антирезонанс с тем или иным объектом, процессом или телом на уровне действий и ощущений может способствовать или препятствовать исходу того или иного события любого масштаба (локального и глобального). Это могут быть и природные катастрофы, и техногенные аварии.

Токовое резонирование

Типы резонанса

В физике существует большое количество видов резонанса. Все они чем-то схожи и чем-то различны, а именно – своими признаками и природой появления. Среди них можно выделить:

• механический и акустический резонансы;
• электрический;
• оптический;
• орбитальные колебания;
• атомный, частичный и молекулярный.

График процесса в колебательном контуре

В следующих подразделах будет более подробно описан каждый из этих видов.

Механический и акустический

Наиболее популярным и очевидным механическим видом будут резонирующие качели, которые были упомянуты раньше. Если толкать их в определенные моменты с учетом их частоты, то размах их движения увеличится или затухнет, если силу не прикладывать.

Основаны механические резонаторы на преобразовании потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Если рассматривать маятник, то вся его энергия – потенциальная в состоянии покоя. Она преобразуется в кинетическую, когда он проходит нижнюю точку на своей максимальной скорости.

Приборы для организации резонанса

Важно! Некоторые механические системы способны запасать потенциальную энергию и использовать ее в различных формах. В пример можно привести пружину, которая запасет сжатие, являющееся энергией связи атомов.

Акустический тип резонирования можно встретить в некоторых музыкальных инструментах по типу гитары, скрипки, пианино. Они имеют основную резонансную частоту, которая зависит от длины, массы и силы натяжения струн.

Акустическое резонирование помогает людям найти дефекты в трубопроводе

Кроме основной частоты, струны этих музыкальных инструментов обладают резонансом на высших гармонических колебаниях основной частоты. Если струну дернуть, то она начнет колебаться на всех частотах, которые присущи данному импульсу, но частоты, несовпадающие с резонансом, очень быстро затухнут, и человеческое ухо услышит только гармонические колебания, являющиеся нотами.

Акустические системы, микрофоны и громкоговорители не терпят резонанса отдельных частей своего корпуса, так как это снижает равномерность их амплитудно-частотной характеристики и ухудшает качество воспроизведения звуков.

Струны создают акустический резонанс

Резонанс электрический 

В электронике резонанс также имеется. Им называется состояние или режим пассивной электроцепи, содержащей катушки и конденсаторы, при котором ее входное реактивное электросопротивление и проводимость будут нулевыми. Это означает, что при резонансе ток на входе в цепь, если он есть, будет совпадать по фазе с напряжением.

Колебательный контур

В электричестве резонирование достигается тогда, когда индукция и емкость реакции уравновешиваются. Это равенство и позволяет энергии производить циркуляцию между индуктивными элементами и их магнитным полем, и полем электрического типа в конденсаторе.

Сам механизм резонанса основан на том, что МП индуктивности создает электроток, который заряжает конденсатор, разрядка его и создает это магнитное поле. Простейшее устройство, основанное на этом взаимодействии, – колебательный контур, способный производить резонанс напряжений и токов.

Модель светового оптического резонирования

Оптический резонанс

И в оптическом диапазоне есть резонанс. Один из самых популярных его примеров – резонатор Фабри-Перо. Он образован несколькими зеркалами, между которыми устанавливается так называемая резонирующая стоячая волна. Кроме этого используются кольцевые системы резонирования с бегущей волной и микроскопические резонаторы со стоячими волнами.

Схема колебательного контура

Орбитальные колебания

Колебания в астрофизике представляют собой ситуации, когда есть два или более небесных объекта, которые имеют некоторые периоды обращения, соотносящиеся, как небольшие натуральные числа. В результате этого воздействия небесные объекты оказывают друг на друга постоянное гравитационное притяжение. Оно и производит стабилизацию их орбит.

Колебания есть и на орбитах небесных тел

Резонанс: атомный, частичный и молекулярный

Атомный резонанс – это поглощение электромагнитных волн ядрами атома, которое происходит, когда изменяется вектор его момента движения. Особенно часто АР проявляется в атомах, которые помещают в сильное магнитное поле. При этом на них должно воздействовать небольшое электромагнитное поле, характеризующееся радиочастотным диапазоном.

График ядерного магнитного резонанса

В этом области существует и теория резонанса. Согласно ей, химические соединения имеют электронное строение, а распределение электронов в молекулах вещества есть комбинация или резонанс структуры с различным строением.

Важно! Это означает, что структура молекулы описывается не только одной возможной структурной формулой, сочетанием (резонансом) других структур. Теория резонанса позволяет путем химической терминологии и классических формул визуализировать построение мат. модели волновой функции какой-либо сложной молекулы.

Резонирование применяется в частотомере

Где применяется резонанс, как он используется в технике

Механический резонанс используется в акустике для анализа звуков и при их усилении. В сооружениях и устройствах, которые подвергаются периодически изменяющимся нагрузкам, резонанс весьма опасен, ведь он способен вызвать их разрушение вследствие значительного возрастания амплитуды колебаний.

Так, например, подвижные элементы двигателя внутреннего сгорания по типу шатунов действуют на валы с периодически изменяющимися силовыми нагрузками. Их период неразрывно связан с угловой скоростью вращения валов. Они вызывают колебательные движения коленчатого вала и при скорости вращения, которая соответствует резонансу, могут привести вал в негодность.

Важно! Учитывать механическое резонирование важно еще и в электронной аппаратуре, так как она часто подвергается вибрациям и ударам.

В технических моментах резонирование играет как положительные, так и отрицательные роли, то есть оно может как навредить, так и создать прибор. Например, явление механического резонирования используется в технических приборах типа частотомеров для подсчета частоты колебаний. В них элементом чувствительности предстает резонатор, собственная частота которого легко изменяется. Положительные стороны резонанс дает и в акустике, оптике или радиотехнике.

Таким образом, эффект резонирования присущ огромному количеству объектов планеты. Вне зависимости от его определения, он всегда означает одно и то же: система, на которую производят воздействие, повышает свою амплитуду. Определять резонирование можно огромным количеством методов. Все они зависят от вида и природы взаимодействий.

Жизнь в мире резонансов

Полвека назад итальянский физик-теоретик Уго Фано опубликовал работу, в которой описал тип резонанса с характерным асимметричным профилем, возникающим в результате интерференции двух волновых процессов. Спустя годы исследование Фано стало одной из самых цитируемых физических работ по итогам XX столетия. Сегодня фундаментальный результат, полученный десятилетия назад, до сих пор остается источником прорывных концепций для теоретиков, экспериментаторов и технологов и лежит в основе множества разработок, уже появившихся и только создающихся учеными по всему миру. Как идеи Уго Фано влияют на современную фотонику, что нужно для создания сверхчувствительных сенсоров и можно ли сделать объект полностью невидимым, об этом и многом другом рассказывают ученые Университета ИТМО, ФТИ имени Иоффе и Австралийского национального университета в обзоре, опубликованном в престижном журнале Nature Photonics. Масштабный обзор содержит не только подробный анализ последних достижений, связанных с резонансом Фано, эта работа помогает существенно расширить кругозор читателя благодаря сравнительному анализу основных типов резонансных явлений, которые наблюдаются в фотонике. Подробнее о работе, перспективах и возможностях использования различных резонансов, а также о том, почему физика не так сложна, как может показаться, ITMO.NEWS рассказал один из авторов работы, заведующий базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО Михаил Лимонов.

1 сентября 2017 года: тройной резонанс

Обзор «Резонанс Фано в фотонике» ученых физико-технического факультета Университета ИТМО опубликован в журнале Nature Photonics 1 сентября. Это дата является знаковой для авторов и по другим причинам. Созданный в январе 2017 года, новый физико-технический факультет принял первых студентов, 1 сентября студенты впервые начнут занятия и на новой базовой магистерской кафедре фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО в Физико-техническом институте. Эту кафедру возглавляет один из авторов обзора — ведущий научный сотрудник лаборатории «Метаматериалы» Университета ИТМО, главный научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе Михаил Лимонов.

Как отмечает ученый, основная задача новой кафедры — объединить все те преимущества, которые предоставляют Университет ИТМО и ФТИ имени Иоффе — с одной стороны, активное развитие и хорошую инфраструктуру, которой обладает Университет ИТМО, с другой — мощнейшую экспериментальную базу по физике и опытных специалистов и ученых с мировым именем, работающих в ФТИ имени Иоффе. Обучение будет вестись на базе Физико-технического института, однако студенты получат возможность участвовать во всех научных мероприятиях, которые проводятся на базе и при поддержке Университета ИТМО. Например, участвовать в международной конференции по нанофотонике и метаматериалам «Метанано», которая ежегодно проводится в России кафедрой нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО.

Преподавать на кафедре фотоники диэлектриков и полупроводников будут известные ученые, работающие как в фундаментальной науке, так и в прикладном направлении — например, квантовую механику будет читать Никита Аверкиев, заведующий теоретическим сектором в Физтехе, солнечную энергетику — Евгений Теруков, заместитель генерального директора по науке НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ имени Иоффе, где сегодня отрабатываются технологии изготовления солнечных батарей для реального производства. Кроме того, новый физико-технический факультет Университета ИТМО объединил и двух единственных в Петербурге обладателей премии президента РФ по физике для молодых ученых — Павла Белова, который возглавляет факультет, и Александру Калашникову, доцента кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников.

Студенты Физико-технический факультета Университета ИТМО

За два года обучения в магистратуре студенты новой кафедры смогут создать серьезный научный задел для успешного обучения в аспирантуре ФТИ имени Иоффе, Университета ИТМО, а также других академических и университетских центров как в России, так и за рубежом, отмечает Михаил Лимонов. Преподаватели кафедры имеют тесные научные связи, а также совместные гранты и опыт обмена студентами, аспирантами и сотрудниками с научными центрами Германии, Англии, Голландии, США, Мексики, Израиля, Австралии, Финляндии. Помимо науки, выпускники кафедры смогут применить свои знания в прикладных областях, связанных с разработкой новых типов солнечных батарей, наногетероструктур, новых систем памяти и во многих других научных направлениях бурно развивающейся фотонной индустрии.

Как резонансы меняют нашу жизнь, делают предметы невидимыми и позволяет создавать сверхчувствительные сенсоры

Что общего между маятником часов, струнами гитары, звуком голоса, радиоприемником или лазером? В основе всех этих устройств и явлений лежит один и тот же физический принцип. «Мы живем в мире резонансов» — так начинают обзорную статью «Fano resonances in photonics» ее авторы, ученые ФТИ имени Иоффе, Университета ИТМО и Австралийского национального университета Михаил Лимонов, Михаил Рыбин, Александр Поддубный и Юрий Кившарь. И действительно, резонансы окружают нас повсюду: с одной стороны, именно они позволяют нам слышать музыку, переключаясь на нужную частоту, получить лазерную генерацию, настроив длину резонатора, с другой — выступают причиной разрушений и катастроф, рассказывает заведующий базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО Михаил Лимонов.

Резонанс — это совпадение частоты одного колебания с частотой другого, которое приводит к резкому возрастанию интенсивности колебаний. Неслучайно, даже в школьных учебниках по физике одним из примеров резонанса часто выступает случай, произошедший в Петербурге в 1905 году, добавляет он. Именно в этот день во время передислокации эскадрона конно-егерского полка обрушился знаменитый Египетский мост. Одним из объяснений катастрофы служит совпадение частоты марша кавалерии с одной из собственных частот моста, что и привело к его обрушению.

Длина струны музыкальных инструментов определяет резонансную частоту и позволяет нам получать разнообразие звуков. Сталкиваемся с резонансом мы и в том случае, когда переключаем каналы телевизора или станции в радиоприемнике. Радиоприборы, оптические устройства, современное медицинское оборудование — явление резонанса без преувеличения сопровождает нас в течение всей жизни. Но это ли все, на что «способны» резонансы?

В 1935 году Ганс Бойтлер наблюдал в спектрах поглощения благородных газов линии с ярко выраженной асимметрией профиля. В том же году молодой ученик Энрико Ферми Уго Фано предложил объяснение этого эффекта на основе квантовомеханического принципа суперпозиции. Эту идею ученый развил в знаменитой работе 1961 года, ставшей одной из наиболее цитируемых статей второй половины XX века. Механизм, описанный Фано, лежит в основе разнообразных явлений, он нашел применение в целом ряде современных разработок в области фотоники и продолжает вдохновлять ученых на новые открытия, отмечают авторы обзора в Nature Photonics. Почему?

Резонанс Фано наблюдается в случае когерентного взаимодействия двух колебательных процессов, один из которых описывается узкой спектральной полосой, а другой — широкой. В зависимости от того, как они взаимодействуют, узкий контур может обладать самой разнообразной формой — и симметричной (так называемый контур Лоренца), и асимметричной (контур Фано). Эта вариантность узкой спектральной линии и определяет удивительное разнообразие наблюдаемых явлений. Именно поэтому резонанс Фано находит применение в совершенно различных областях — в акустике, механике, магнитных явлениях, фотонике и многих других, объясняет Михаил Лимонов.

К примеру, можно ли сделать предметы невидимыми? Да, говорят ученые, в определенном спектральном интервале — можно. И поможет в этом именно резонанс Фано.

Михаил Лимонов

«Как выясняется, резонанс Фано может обеспечить такое широко обсуждаемое сейчас явление, как невидимость объектов. Каким образом? При резонансе Фано контур линии таков, что на определенной частоте он в точности достигает нуля. Это значит, что в этом диапазоне частот нет рассеяния, либо оно крайне мало, то есть электромагнитная волна проходит сквозь объект, не замечая его. А если на объекте нет рассеяния, его невозможно увидеть со стороны. Конечно, это происходит не во всем спектральном диапазоне, объект становится невидимым именно в определенном диапазоне частот. Кроме того, чтобы это произошло, мы должны подобрать однородный объект, рассеяние на котором описывается формулой Фано, — например, цилиндр либо сферу. Но, что очень важно, невидимость таких объектов возникает без дополнительных маскирующих элементов, над созданием которых работают многие ученые», — рассказывает Михаил Лимонов.

Обычно считается, что для маскировки объекта его надо чем-то окружать, создавать «плащ-невидимку». В большинстве случаев «плащ» приводит к тому, что электромагнитные волны огибают объект и встречаются уже за ним, при этом сам он становится невидимым. Эту идею в 2006 году сформулировал сотрудник Имперского колледжа Лондона, профессор Джон Пендри (подробнее о невидимости читайте здесь). Но при наличии резонанса Фано все происходит без дополнительных усилий: волна проходит прямо через объект и попросту его не «видит».

«В этом случае взаимодействуют два вида рассеяния: широкое рассеяние — рассеяние нерезонансное от шарика или цилиндра, и узкое — так называемое резонансное рассеяние Ми (теория Ми описывает рассеяние на сфере, цилиндре и ряде других объектов). Взаимодействие узкого резонанса Ми с широким нерезонансным рассеянием описывается теорией Фано. И при этом оказывается, что какая-то область обладает нулевым рассеянием. Это один из ярких примеров, который демонстрирует нам удивительные возможности применения резонанса Фано», — продолжает исследователь.

ФТИ им.А.Ф. Иоффе

Безусловно, все мечтают о полной невидимости объектов — иными словами, во всем спектральном диапазоне, но возможность скрыть предмет даже на одной частоте уже открывает огромные возможности, рассказывает Михаил Лимонов. Простой пример: как известно, перископ подводных лодок регулярно сканируются радарами «противника», которые обычно работают на определенной частоте. При условии, что подводникам удалось определить эту сканирующую частоту и подстроить под нее параметры перископа, можно полностью скрыть его от «глаз» противника.

Еще один пример использования резонанса Фано в фотонике — принцип, который позволяет создавать сверхчувствительные сенсоры для различных применений. Дело в том, что форма линии контура Фано определяется не только самой структурой, но и ее окружением. Поэтому, если меняется окружение (например, в атмосфере появляется опасный газ), меняется и форма контура Фано, которая с высокой точностью регистрируется при пропускании электромагнитной волны через сенсор.

«Настроив прибор на определенную частоту (а у всех газов очень хорошо известен спектр), вы можете зафиксировать трансформацию спектра пропускания и в результате получить сенсоры для различных задач», — уточняет Михаил Лимонов.

Детальный обзор этих и других перспективных разработок, основанных на принципах резонанса Фано и появившихся в современной науке за последние годы, авторы работы в Nature Photonics готовили более года. Эта работа стала уже шестой публикацией сотрудников базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников в самых престижных журналах семейства Nature: на данный момент одна работа опубликована в Nature, две — в Nature Photonics и три — в Nature Communications.

Михаил Рыбин и Михаил Лимонов

В отличие от традиционных обзоров, формально перечисляющих, как правило, уже существующие идеи и результаты, в своей работе ученые Университета ИТМО, ФТИ имени Иоффе и Австралийского национального университета предлагают собственный оригинальный анализ. В статье дается не только детальное описание резонанса Фано, но и приводится сравнительный анализ других видов резонансов, что, как отмечают авторы, поможет читателям глубже познакомиться с предметом.

«В течение рецензирования обзора в редакции Nature Photonics мы прошли четыре раунда “замечания рецензентов — наши ответы”. Это связано с уровнем журнала, который сейчас является абсолютным лидером по импакт-фактору (IF=37.8) среди журналов по фотонике, а также среди журналов, публикующих обзоры по физике. Кроме того, по тематике резонанса Фано уже был опубликован целый ряд обзоров в ведущих физических журналах, что лишний раз подтверждает, что резонанс Фано — это действительно hot topic. Поэтому, чтобы опубликовать еще один обзор по резонансу Фано в престижном журнале, нам необходимо было перейти на новый уровень изложения, осветить проблемы и достижения так, как это не делал еще никто. И мы надеемся, что у нас получилось. Мы акцентировали свое внимание на месте и роли резонанса Фано среди других многочисленных резонансных явлений в фотонике. Мы включили в обзор собственный анализ и оригинальные результаты, которые представили на “фазовой диаграмме”, отражающей области существования различных резонансных явлений в зависимости от параметров двух взаимодействующих осцилляторов. Что интересно, с этой идеей был связан нехарактерный для рецензирования момент, надолго задержавший публикацию обзора. Один из рецензентов (а в журнале Nature Photonics это могут быть только ученые с высокой репутацией) написал в своей первой рецензии, что обзор не должен содержать новые факты и давать оригинальный анализ. При этом он сослался на статью в “Википедии” об обзорах. Мы впервые в своей научной практике столкнулись с тем, что рецензент апеллирует не к научному рецензируемому изданию, а к Википедии, которая, как известно, является свободно наполняемой нерецензируемой энциклопедией. Лишь в течение долгой и напряженной работы с этим рецензентом и редакцией Nature Photonics нам в итоге удалось отстоять свою точку зрения», — рассказывает Михаил Лимонов.

Диаграмма фаз различных резонансов в фотонике. Иллюстрация из обзора «Резонанс Фано в фотонике». Источник: http://www.nature.com/nphoton/journal/v11/n9/full/nphoton.2017.142.html?foxtrotcallback=true

В итоге в обзоре появилась фазовая диаграмма, позволяющая всем, кто занимается этой тематикой, наглядно сравнить разные типы резонансов и, например, узнать, что общего у резонанса Фано и резонанса Керкера и почему последний никогда не пересечется с резонансом Бормана.

«Наша основная идея — показать на примере двух осцилляторов с разной шириной собственных резонансов все многообразие физических эффектов, заложенных в эту очень простую модель. Ведь по большому счету физика не так сложна, если ее глубоко понимать и доходчиво объяснять на самых простых примерах. Она основывается на определенных фундаментальных понятиях, которые, как нам кажется, мы смогли успешно отразить в нашем обзоре», — резюмирует Михаил Лимонов.

Перейти к содержанию

Резонанс в электрической цепи — Класс!ная физика

Резонанс в электрической цепи

Подробности

Просмотров: 727

«Физика — 11 класс»

В механике резонанс наблюдается в том случае, когда собственная частота колебаний системы совпадает с частотой изменения внешней силы.
Резонанс возможен и в электрической цепи, если эта цепь представляет собой колебательный контур, обладающий определенной собственной частотой колебаний.

При механике резонанс выражен при малом трении.
В электрической цепи роль коэффициента трения выполняет ее активное сопротивление R.
Наличие активного сопротивления в цепи приводит к превращению энергии тока во внутреннюю энергию проводника (проводник нагревается).
Поэтому резонанс в электрическом колебательном контуре выражен отчетливо при малом активном сопротивлении R.

Если активное сопротивление мало, то собственная циклическая частота колебаний в контуре:

Сила тока при вынужденных колебаниях достигает максимальных значений, когда частота переменного напряжения, приложенного к контуру, равна собственной частоте колебательного контура:

Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.

Амплитуда силы тока при резонансе.

При резонансе в колебательном контуре создаются условия для поступления энергии от внешнего источника в контур.
Мощность в контуре максимальна в том случае, когда сила тока совпадает по фазе с напряжением.
В механике аналогично: при резонансе в механической колебательной системе внешняя сила (аналог напряжения в цепи) совпадает по фазе со скоростью (аналог силы тока).

После включения внешнего переменного напряжения амплитуда колебаний силы тока нарастает постепенно, пока энергия, выделяющаяся за период на резисторе, не сравняется с энергией, поступающей в контур за это же время:

тогда:

I_mR = U_m

Отсюда амплитуда установившихся колебаний силы тока при резонансе определяется уравнением

При R → 0 резонансное значение силы тока неограниченно возрастает: (I_m)_рез → ∞.
Наоборот, с увеличением R максимальное значение силы тока уменьшается.

Зависимость амплитуды силы тока от частоты при различных сопротивлениях (R₁ < R₂ < R₃):

Одновременно с увеличением силы тока при резонансе резко возрастают напряжения на конденсаторе и катушке индуктивности.
Эти напряжения при малом активном сопротивлении во много раз превышают внешнее напряжение.

Использование резонанса в радиосвязи

Явление электрического резонанса используется в радиосвязи.
На явлении резонанса основана вся радиосвязь.
Радиоволны от различных передающих станций возбуждают в антенне радиоприемника переменные токи различных частот, так как каждая передающая радиостанция работает на своей частоте.
С антенной индуктивно связан колебательный контур.

Из-за электромагнитной индукции в контурной катушке возникают переменные ЭДС соответствующих частот и вынужденные колебания силы тока тех же частот.
Но только при резонансе колебания силы тока в контуре и напряжения в нем будут значительными, т. е. из колебаний различных частот, возбуждаемых в антенне, контур выделяет только те, частота которых равна его собственной частоте.
Настройка контура на нужную частоту ω₀ осуществляется путем изменения емкости конденсатора.
В этом обычно состоит настройка радиоприемника на определенную радиостанцию.

Необходимость учета возможности резонанса в электрической цепи

Если цепь не рассчитана на работу в условиях резонанса, то его возникновение может привести к аварии.
Чрезмерно большие токи могут перегреть провода.
Большие напряжения приводят к пробою изоляции.

Итак,
при вынужденных электромагнитных колебаниях возможен резонанс — резкое возрастание амплитуды колебаний силы тока и напряжения при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебаний.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

Что такое звуковой резонанс?(определения) — Школьные Знания.com

В алюмінієвій каструлі масою 1,7 кг міститься 1019,4 г води кімнатної температури (20 °С). Скільки кип’ятку потрібно долити в каструлю, щоб одержати в … оду з температурою 59,4 °С?(питома теплоємність алюмінію с=920Дж/(кг∙℃), питома теплоємність води с=4200Дж/(кг∙℃))Відповідь заокругли до десятих.​

.Автомобиль массой 2 т стоит на горизонтальной поверхности. Вычислить его вес. Изобразить схематически рисунок и указать вес в масштабе: 1 см — 4 кН.​

Лесовозы вывозили древесину с вырубки на железнодорожную станцию по прямой дороге. В пути каждая машина двигалась равномерно. Первая машина выехала ра … но утром, но по пути сломалась и встала. Водитель вызвал аварийную службу и начал отсчёт времени. В этот момент вторая машина была в пути, а третья только отъезжала от вырубки. Оказалось, что в интервале времени от 24 мин до 36 мин сумма расстояний между первой и второй и первой и третьей машинами (L12+L13) была минимальной и равной L=8280 м , а в момент времени 77 мин вторая машина прибыла на станцию. Вычислите: 1. На каком расстоянии X 1 находилась вторая машина от вырубки в момент старта третьей? 2. Скорость движения второй машины (V2). 3. Скорость V32 движения третьей машины относительно второй в момент времени 56.5 мин. 5. Расстояние X 2 от вырубки до места поломки. Ответы вводите с точностью не хуже 1 процента. Для решения удобно построить график зависимости координат машин от времени. ДАМ 25 БАЛЛОВ!

плотность мёда 1,35г/см кубических.правда ли что порция мёда при объёме 100см кубических будет иметь массу 200г решите пжпж

На рисунке 49 показано взаимодействие заряденных тел. Найдите ошибку. а) +, — б) +, + в) -, + г) -, — д) ничего, + ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА!!!!!!!!

яку роботу виконує електродвигун за 25 хв якщо при напрузі 220 В сила струму в ньому 1.25А,а його ККД дорівнює 80%​

який опір провідника якщо на ньому виділилось 4 КДж теплоти за 2 хв при силі струму в 0.2 А?​

Таблица : N 1. 2. 3. 4. 5. Название величины: Путь , время, сила, кол-во теплоты, энергия, кин; пот , упр. делф . т.) удельная теплоёмкость , удель … ная теплота плавления . Обозначение: Единица измерения: Обозначение:

При равномерном движении скорость движения и средняя скорость движения … 1) равны 2) могут быть различными 3) всегда различаются

пж пж пж СРОЧНО очень надо пж СРОЧНО очень надо пж пж пж пж пж пж пж пж пж пж пж пж. За паспортом автомобіль витрачає на 100 км шля- ху 6 л бензину за … швидкості 90 км/год. Яку потуж- ність при цьому розвиває двигун автомобіля, якщо його ККД становить 25 % ? з дано можна ​

Резонанс: это простыми словами

Что такое резонанс?

Содержание статьи:

Слово «резонанс» используется людьми каждый день в самых разных значениях. Его произносят политики и телеведущие, пишут в своих работах ученые и изучают на уроках школьники. У этого слова есть несколько значений, относящихся к разным областям человеческой деятельности.

Откуда взялось слово? 

Все мы узнаем, что такое резонанс впервые из курса школьной физики. В научных словарях этому термину дается подробное объяснение с точки зрения механики, электромагнитных излучений, оптики, акустики и астрофизики.

С технической точки зрения физики — это явление отклика колебательной системы на внешнее воздействие. При совпадении периодов воздействия и отклика системы возникает резонанс — резкое увеличение амплитуды рассматриваемых колебаний.

Краткое определение термина

Простейший пример механического резонанса приводит в своих работах средневековый ученый Торичелли. Точное определение явления резонанса дано Галилео Галилеем в работе о маятниках и звучании музыкальных струн. Что такое электромагнитный резонанс, объяснил в 1808 году Джеймс Максвелл, основоположник современной электродинамики.

Узнать, что же это такое можно не только в Википедии, но в таких справочных изданиях:

• учебники физики за 7-11 классы;
• физическая энциклопедия;
• научно-технический энциклопедический словарь;
• словарь иностранных слов русского языка;
• философская энциклопедия.

Небольшое видео на нашу тему:

В полемике и риторике

Еще одно значение слово «резонанс» приобрели в сфере общественных наук. Этим словом называют отклик общественности на некоторое явление в жизни людей, определенное высказывание, происшествие.

Как правило, слово «резонанс» используют, когда нечто вызывает у многих людей одновременно схожую и очень яркую реакцию. Известно даже общеупотребимое выражение «широкий общественный резонанс», которое является речевым штампом. В собственной речи, письменной или устной, его лучше избегать.

В философском словаре трактуется, как понятие, имеющее переносное значение и понимаемое как согласие или единомыслие двух людей, двух душ в сострадании, симпатии или антипатии, сочувствии или возмущении.

В разных отраслях и направлениях

Отзвук, впечатление, отголосок — так поясняет переносное значение слова резонанс словарь иностранных слов. В таком смысле это слово часто употребляется для оценки неких культурных произведений, пьес, концертов, книг.

В значении «сильный отклик», «единодушная оценка» слово резонанс очень любят использовать политики, ораторы, дикторы. Оно помогает передать эмоциональный подъем, единодушный порыв, подчеркнуть значимость происходящего.

Где мы встречаемся с ним?

В прямом смысле слово резонанс стоит употреблять в отношении множества естественных процессов, происходящих вокруг нас. Все дети, которые катаются на обычных качелях или каруселях на детской площадке, эксплуатируют механический резонанс.

Хозяйки, разогревая пищу в микроволновке, используют электромагнитный резонанс. На принципах резонанса построена теле- и радиовещательная сеть, работа мобильных телефонов и wifi для интернета.

Звуковой резонанс позволяет нам наслаждаться музыкой или баловаться эхом в горах и закрытых помещениях, где стены не имеют достаточной звукоизоляции. На принципе акустического резонанса построена работа эхолотов и многих других измерительных приборов.

Чем он опасен?

В естественно-научном смысле резонанс как явление может быть не только полезен человеку, но и опасен. Самый яркий пример — строительство.

При конструировании зданий и сооружений расчеты конструкций на резонанс строго необходимы. Так просчитываются все высотные сооружения, башни, опоры ЛЭП, передающие и принимающие антенны, а также высотные здания, которые входят в резонанс с ветрами на большой высоте.

На резонанс обязательно проверяются все мосты и протяженные объекты. В 2010 году весь интернет облетело видео моста через Волгу, который пошел волной как шелковая лента. Результаты расследования показали, что конструкции моста вошли в резонанс с ветром. 

Аналогичный случай произошел в США. 7 ноября 1940 года разрушился один из пролетов висячего Такомского моста, расположенного в штате Вашингтон. Еще при строительстве специалисты отмечали колебания полотна моста, связанные с ветром и низкой высотой опор.

В результате обрушения были проведены многочисленные исследования и расчеты, ставшие основой для технологий современного мостостроения. В среде специалистов возник даже термин «Такомский мост», означающий ненадлежащее качество строительных расчетов.

С этим свойством каждый из нас сталкивается ежедневно. Об этом явлении необходимо помнить в повседневной жизни, вздумав раскачаться на пешеходном мосту или отправляя металлическую посуду в микроволновку (это запрещено правилами).

А само слово «резонанс» можно использовать в своей речи для ее украшения и усиления впечатления от сказанного вами.

Состояние резонанса

— обзор

5 Пререактивных / постреактивных резонансов:

F + HCL

Как для резонанса Фешбаха в F + HD , так и для барьерного резонанса в H + HD , состояние захваченного резонанса было локализовано вблизи седловой точки. Таким образом, комплексы соответствуют промежуточным продуктам с частично образованными (или разорванными) связями. Реакция F + HCl → HF + Cl иллюстрирует третью категорию резонанса, дореактивный (и постреактивный) резонанс.В этом случае связывание реагента (или продукта) очень слабо нарушается встречным радикалом [120]. Как мы увидим, эта категория резонансов может иметь значительно большее время жизни, чем те, которые наблюдаются для обычных резонансов Фешбаха или барьерных резонансов [121].

Реакция F + HCl (ΔHrxn = -33 ккал / моль) была экспериментально исследована Хьюстоном и соавторами [122] как проблема термической кинетики. Наблюдаемый коэффициент скорости демонстрирует сильное неаррениусовское поведение, которое приписывают возможному образованию реактивного комплекса.Позже Несбитт с соавторами [123] изучили распределение вращающегося продукта в среде с одним столкновением. Наблюдаемое необычное распределение продуктов, по-видимому, также предполагает образование комплекса. Был проведен ряд теоретических исследований для моделирования динамики реакции [124, 125]; однако результаты были квалифицированы из-за отсутствия высококачественной ПЭУ. Deskevich et al. [126] недавно разработали подобранный PES с использованием метода взаимодействия с множеством ссылок (MRCI) с большой базой.Классический барьер реакции составил 3,8 ккал / моль. Когда были включены поправки на нулевую энергию, барьер упал до 3,5 ккал / моль. Хотя этот барьер немного слишком высок, чтобы полностью учесть результаты Хьюстона и его сотрудников, PES считается достаточно реалистичным. Наиболее интересным аспектом нерезонансной динамики, наблюдаемой при моделировании на этой поверхности, является чрезвычайно сильное вращательное усиление реакции [127]. Действительно, реакция F + HCl (j = 10) протекает примерно в 100 раз быстрее, чем F + HCl (j = 0) при той же полной энергии.

На рисунке 3.16 мы показываем потенциальные контуры во входном и выходном каналах. На этих графиках двухатомное расстояние фиксируется на уровне длины равновесной связи, а ППЭ отображается в зависимости от расстояния и угла Якоби ( R , θ ). Во входном канале изогнутой формы наблюдается яма ВДВ глубиной 2,5 ккал / моль. В выходном канале обнаружена коллинеарная скважина с ВДВ глубиной 2,0 ккал / моль. Вариационные расчеты колебательных состояний показывают, что в этих ямах существует несколько связанных состояний [128].Более уместно для настоящего обсуждения, vdW-ямы также могут приводить к существованию резонансных состояний как во входном, так и в выходном каналах.

Рисунок 3.16. ППЭ для реакции F + HCl во входном и выходном каналах в зависимости от координат Якоби ( R , γ ).

Квантовая динамика парциальной волны J = 0 реакции F + HCl была смоделирована на очень тонкой сетке энергий с использованием метода Манолопулоса и его сотрудников [101].На рис. 3.17 мы показываем итоговую кумулятивную вероятность реакции N _R ( E ) в зависимости от энергии [127]. Виден плотный набор чрезвычайно узких пиков. На рисунке 3.18 показано увеличение N _R ( E ) для узкого диапазона энергий около порога. (Чтобы помочь в процессе присвоения, мы также построили график N _R ( E ) для парциальной волны J = 2. Дополнительные пики, наблюдаемые для этого состояния с более высоким угловым моментом, относятся к прогрессии вращения в комплексе .) Связь между пиками в N _R ( E ) и резонансными явлениями четко выявляется матрицей времени жизни. На рисунке 3.19 мы показываем доминирующее собственное значение Q [определенное уравнением. (24)] от энергии [128]. Для каждого пика в N _R ( E ) мы наблюдаем соответствующий пик временной задержки, которая обычно находится в диапазоне 1–20 пс. Эти времена жизни на один-два порядка больше, чем наблюдаемые для резонансов Фешбаха или барьерных резонансов.

Рисунок 3.17. Кумулятивная вероятность реакции для Дж = 0 F + HCl в зависимости от энергии столкновения. Указывается местоположение энергетического порога HCl ( v = 0, j ). Для сравнения также показан результат QCT.

Рисунок 3.18. Изображение с высоким разрешением совокупной вероятности реакции (CRP) для Дж = 0 и Дж = 2. Резонансные пики в этом диапазоне относятся к Cl-HF ( v ′ = 3, j ′, k ′) постреактивных состояний, где v — квантовое число для низкочастотной моды vdW-растяжения.

Рисунок 3.19. Время жизни столкновения в пикосекундах из матрицы временной задержки в зависимости от энергии столкновения в ккал / моль. Видно, что резонансные состояния долгоживущие.

Модель, появившаяся для резонансной структуры в F + HCl , основана на прогрессии состояний vdW во входном и выходном каналах и изображена на схеме на Рисунке 3.20. Во входном канале мы рассматриваем колебательное состояние HCl (v, j) как слабо возмущенное удаленным атомом F .Таким образом, для большинства резонансных состояний движение диатомовой водоросли HCl больше напоминает движение заторможенного ротора, чем небольшую вибрацию вокруг геометрии минимума vdW. При J = 0 наблюдаемые резонансные состояния можно обозначить квантовыми числами (νR, j). Все резонансные состояния входного канала лежат в колебательном состоянии HCl (v = 0), а вращательные уровни наблюдаются в диапазоне j ≥ 5 [128]. Квантовое число ν _R представляет колебательный уровень в валентной координате vdW RF-HCl.Частота колебаний этой слабой связи составляет всего около 50 см ^-1 , и vdW хорошо поддерживает примерно 10 ν _R состояний для каждых j . Разделимое представление резонансного состояния первого порядка:

(33) ψj, nRres (r, R, θ) = φv = 0 (r; R, θ) Yj0 (θ) ξnR (R)

Рисунок 3.20. Принципиальная диаграмма, представляющая резонансную структуру реакции F + HCl . Предреактивные резонансы (для J = 0) обозначены вращательным квантовым числом HCl j и валентным квантовым числом vdW ν _R .Постреактивные резонансы обозначаются вращательным квантовым числом HF, и квантовым числом растяжения vdW.

Колебательно-адиабатическое приближение следует делать для быстрой колебательной координаты HCl r . Решение одномерного уравнения Шредингера с фиксированным ( R , θ ) приводит к параметризованной форме φv = 0 (r; R, θ). Затем осредненный по вращению потенциал используется для вычисления одномерной потенциальной ямы в координате R .Приближенные выражения, подобные формуле. (33) использовались для представления vdW-состояний систем с закрытыми оболочками, таких как атомы инертного газа + диатомовые водоросли [129, 130].

Полностью аналогичные выражения могут использоваться для представления резонансных состояний в канале продукта, Cl + HF . Из-за экзотермичности реакции 33 ккал / моль все наблюдаемые нами резонансные состояния соответствуют возбужденным конечным колебательным каналам HF (v ‘= 2) и HF (v’ = 3).

Химическая реакция в системе F + HCl может быть вызвана резонансом двумя способами.Во-первых, резонанс канала реагента может образоваться из-за вращательно-неупругого рассеяния, которое затем затухает из-за туннелирования в канал продукта. Во-вторых, резонанс канала продукта может быть сформирован непосредственно за счет туннелирования, которое затем неупруго затухает под действием молекул продукта. Вероятности этих событий реактивного распада могут быть непосредственно извлечены путем подгонки парциальных ширин к матрице S с использованием уравнения (7). Более элегантный подход использует собственный вектор матрицы временной задержки, соответствующий наибольшему собственному значению.Этот собственный вектор может быть непосредственно проанализирован, чтобы определить поток в каждый открытый канал для резонансного затухания.

Хотя большинство резонансов в системе F + HCl явно относятся к типу реагента или типа продукта, существуют некоторые «смешанные» случаи. Поскольку резонансное многообразие является плотным, вырождение может происходить между состояниями типа реагента или продукта нулевого порядка. Таким образом, резонансные волновые функции для этих состояний представляют собой линейные комбинации выражений входного и выходного каналов.

Даже несмотря на то, что реакция F + HCl не обладает глубокими ямами захвата, которые очевидны для реакций внедрения или ион-молекулярных реакций, огромное количество резонансных состояний, которые существуют для этой системы, делают ее реакцией комплексообразования. Таким образом, значительная часть реакции протекает через комплексное промежуточное соединение. Это означает, что комплекс может быть выведен из неаррениусовского поведения константы скорости без необходимости эксперимента с поперечным пучком.

резонанс — определение и значение

Twitter будет измерять то, что он называет резонансом , который учитывает девять факторов, включая количество людей, которые увидели сообщение, количество людей, которые ответили на него или передали его своим подписчикам, и количество людей, которые переходил по ссылкам.

Местные новости из Таскалуса Новости

Twitter будет измерять то, что он называет резонансом , который учитывает девять факторов, включая количество людей, которые увидели сообщение, количество людей, которые ответили на него или передали его своим подписчикам, и количество людей, которые переходил по ссылкам.

post-gazette.com — Новости

По словам Дика Костоло, главного операционного директора Twitter и одного из первых инвесторов Twitter, «Twitter будет измерять то, что он называет резонансом , который принимает во внимание девять факторов, включая количество людей, которые увидели сообщение, количество людей. кто ответил на него или передал его своим подписчикам, и количество людей, которые переходили по ссылкам «.

Inventor Spot — изобретения, инновации и интересные идеи для изобретателя в каждом из нас

Twitter будет измерять то, что он называет резонансом , который учитывает девять факторов, включая количество людей, которые увидели сообщение, количество людей, которые ответили на него или передали его своим подписчикам, и количество людей, которые переходил по ссылкам.

двухточечный

Twitter будет измерять то, что он называет резонансом , который учитывает девять факторов, включая количество людей, которые увидели сообщение, количество людей, которые ответили на него или передали его своим подписчикам, и количество людей, которые переходил по ссылкам.

NYT> Технологии

Twitter будет измерять то, что он называет резонансом , который учитывает девять факторов, включая количество людей, которые увидели сообщение, количество людей, которые ответили на него или передали его своим подписчикам, и количество людей, которые переходил по ссылкам.

NYT> Домашняя страница

Twitter будет измерять то, что он называет резонансом , который учитывает девять факторов, включая количество людей, которые увидели сообщение, количество людей, которые ответили на него или передали его своим подписчикам, и количество людей, которые переходил по ссылкам.

NYT> Домашняя страница

Итак, мы возвращаемся к очень личной истории с собственной точки зрения Ричера — это резонанс из катастрофы десять лет назад в его прошлом.

Интервью с Ли Чайлдом, 2003 г.

Мне бы хотелось думать, что людо-повествование , резонанс — одна из таких вещей.

Конфликт, Разрешение

В стороне, одна старая игра, которую я интерпретирую как замечательный пример людо-повествования. резонанс. — это первый «Расхитительница гробниц».

Конфликт, Разрешение

Определение резонанса в физике.

Примеры резонанса в следующих темах:

• Резонанс в цепях RLC

  • Резонанс — это тенденция системы к колебаниям с большей амплитудой на одних частотах, чем на других.
  • $ \ nu_0 $ — это резонансная частота последовательного контура RLC.
  • Резонанс в цепях переменного тока аналогичен механическому резонансу , где резонанс определяется как вынужденные колебания (в данном случае вызванные источником напряжения) на собственной частоте системы.
  • Переменный конденсатор часто используется для настройки резонансной частоты , чтобы получить желаемую частоту и отклонить другие. представляет собой график зависимости тока от частоты, иллюстрирующий резонансный пик в Irms при $ \ nu_0 = f_0 $.
  • Оба имеют резонанс на f0, но для более высокого сопротивления он ниже и шире.

• ЯМР и МРТ

  • Магнитно-резонансная томография — это метод медицинской визуализации, используемый в радиологии для детальной визуализации внутренних структур тела.
  • Магнитно-резонансная томография (МРТ), также называемая ядерно-магнитной -резонансной томографией (NMRI) или магнитно-резонансной томографией (МРТ), представляет собой метод медицинской визуализации, используемый в радиологии для детальной визуализации внутренних структур тела.
  • MRI использовал свойство ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для изображения ядер атомов внутри тела.
  • Это электромагнитное поле имеет правильную частоту (известную как частота резонанса ), чтобы оно могло быть поглощено, а затем обратное вращение протонов водорода в магнитном поле.

• Принудительные колебания и резонанс

  • Явление возбуждения системы с частотой, равной ее собственной частоте, называется резонансом .
  • Явление возбуждения системы с частотой, равной ее собственной частоте, называется резонансом .
  • Интересно, что ширина кривых резонанса , показанных в, зависит от затухания: чем меньше затухание, тем уже резонанс .
  • Во всех этих случаях эффективность передачи энергии от движущей силы к генератору лучше всего при резонансе .
  • Сильный поперечный ветер приводил мост в колебания на его резонансной частоте .

• Стоячие волны в столбе воздуха

  • Мы используем определенные термины для резонансов в любой системе.
  • Самая низкая резонансная частота называется основной, а все более высокие резонансные частоты называются обертонами.
  • Теперь давайте поищем закономерность в резонансных частотах для простой трубки, закрытой с одного конца.
  • резонансных частот трубки, закрытой с одного конца:
  • Простые резонансные полости можно заставить, например, резонировать со звуком гласных.

• Стоячие волны и резонанс

  • Более пристальный взгляд на землетрясения дает доказательства условий, подходящих для резонанса : стоячие волны, а также конструктивная и деструктивная интерференция.
  • Здание может находиться в состоянии вибрации в течение нескольких секунд с частотой возбуждения, соответствующей частоте собственных колебаний здания, создавая резонанс , в результате чего одно здание рушится, а соседние здания — нет.

• Управляемые колебания и резонанс

  • Для определенной частоты возбуждения, называемой резонансной или резонансной частотой $ \!
  • Этот эффект резонанса возникает только тогда, когда $ \ zeta
  • Для систем с сильным демпфированием значение амплитуды может стать довольно большим вблизи резонансной частоты (см.).

• Мощность

  • Например, на резонансной частоте $ (\ nu_0 = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}}) $ или в чисто резистивной цепи Z = R, так что cosϕ = 1.
  • На других частотах средняя мощность меньше, чем при резонансе , потому что напряжение и ток не совпадают по фазе, а Irms ниже.
  • На резонансной частоте cosϕ = 1.
  • Амплитуда движения колес максимальна, если неровности дороги встречаются на резонансной частоте .
  • Масса и пружина определяют резонансную частоту .

• Принудительное движение с демпфированием

  • Рисунок 1.9: Установка для ультразвуковой спектроскопии Resonance .
  • При изменении частоты мы видим характеристический резонанс (см. Рисунок 1.8).
  • Рисунок 1.8: Вот спектр резонанса для куска алюминия размером, показанным на рисунке 1.9.
  • На резонансной частоте наблюдается большой скачок амплитуды.
  • Квадрат амплитудного фактора для вынужденного демпфированного движения вблизи резонанса $ \ omega_0 $.

• Примеры и приложения

  • Для этого частота напряжения должна соответствовать частоте резонанса циклотрона частицы ,
  • Когда электроны проходят мимо этих отверстий, они создают резонансное высокочастотное радиополе в полости, которое, в свою очередь, заставляет электроны группироваться в группы.
  • Размеры полостей определяют резонансную частоту и, следовательно, частоту излучаемых микроволн.
  • Схема поперечного сечения резонансного магнетрона с полостью .

• Фотографии режимов

  • Пластина прикреплена винтом через отверстие в середине к резонатору .

Resonance — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

Радиопередатчики (включая телевизионные передатчики, спутниковые каналы связи и сотовые телефоны) вещают на определенной частоте или около нее.Мы плывем в море разных радиочастот как от естественных, так и от искусственных источников. Как ваше радио (телевизор, спутниковая антенна или сотовый телефон) выбирает правильную частоту среди всех остальных для декодирования?

Еще мальчишкой я заметил, что один человек, подавая эти импульсы в нужный момент, мог позвонить в такой большой колокол, что, когда четверо или даже шесть мужчин схватили веревку и попытались ее остановить, их подняли с веревки. земля, и все они вместе были неспособны уравновесить импульс, который один-единственный человек, должным образом рассчитав силы, придал ей.

Галилео Галилей, 1638

Это нужно перефразировать. «Примером того, как местные почвенные условия могут сильно влиять на местную интенсивность, является катастрофический ущерб в Мехико в результате землетрясения в Мексике 1985 года, MS 8.1, с центром на расстоянии около 300 км. Резонансы заполненного почвой бассейна под некоторыми частями Мехико усилили колебания грунта в течение 2 секунд в 75 раз. Это сотрясение привело к выборочному повреждению зданий высотой 15-25 этажей (такой же резонансный период), что привело к потерям для зданий в размере около 4 долларов.0 миллиардов и не менее 8000 погибших ».

Генератор гармонических колебаний

Амплитуда управляемого гармонического генератора увеличивается по мере приближения частоты возбуждения к собственной частоте. В незатухающей системе амплитуда будет бесконечной.

A =	1		х =	ω	=	f
	√ ((1 — x 2 ) 2 + 4γ 2 x 2 )			ω 0		f 0

Падение подвесного моста Бротон, недалеко от Манчестера (1831 г.)

Похоже, что в тот день, когда произошла эта авария, 60-й полк провел боевой день на Керсалл-Мур и около 12 часов возвращался в свои помещения.Большая часть полка дислоцировалась во временных бараках на Дайче-стрит, Сент-Джордж-роуд, и двинулась через Strangeways; но одна рота, которой командует, как это довольно необычно, лейтенант. P.S. Фицджеральд, сын владельца моста, находившийся в казармах Солфорда, двинулся по подвесному мосту, намереваясь пройти через Пендлтон к казармам. Вскоре после того, как они вошли на мост, мужчины, которые шли вчетвером в ряд, обнаружили, что конструкция вибрирует в унисон с размеренным шагом, с которым они шли; и поскольку эта вибрация ни в коем случае не была неприятной, они были склонны умилостивить ее своей манерой шага.По мере того, как они продолжали движение, и по мере того, как все большее число из них поднималось на мост, вибрация продолжала возрастать, пока голова колонны почти не достигла стороны реки Пендлтон. Затем они были встревожены громким звуком, напоминающим беспорядочный выстрел из огнестрельного оружия; и сразу одна из железных опор, поддерживающих цепи подвески, а именно. то, что было справа от солдат на стороне реки Броутон, упало на мост, унеся с собой большой камень от пирса, к которому он был прикреплен болтами.Конечно, этот угол моста, потеряв опору колонны, немедленно упал на дно реки, примерно на шестнадцать или восемнадцать футов; и из-за того, что дорога была сильно наклонена, почти все солдаты, находившиеся на ней, были брошены в реку, где предстала сцена великого смятения. Те из них, кто не пострадал, выбрались, как могли, одни, взбираясь по наклонной плоскости, которую представлял мост, а другие, пробираясь вброд на стороне Бротона; но некоторые из них были слишком сильно ранены, чтобы выбраться без помощи, которую немедленно оказали их товарищи.

Философские труды , 1831

Резонанс

— Викисловарь

Английский [править]

резонанс в Викиверситете.

Весенняя резонансная анимация.

Этимология [править]

От старофранцузского резонанс (французский résonance ), от латинского резонанс («эхо»), от резонанс («Я слышу»). рзуб

Произношение [править]

Существительное [править]

резонанс ( счетных и несчетных , множественных резонансов )

1. Качество резонанса.
   • 2012 24 мая, Натан Рабин, «Фильм: Обзоры: Люди в черном 3», в The Onion AV Club ^[1] :

     Но фильм в значительной степени искуплен неожиданной эмоциональностью резонанс , подобающий постановке Стивена Спилберга.

2. Резонансный звук, эхо или реверберация, например, при дутье через горлышко бутылки.
3. (медицина) Звук, издаваемый полой частью тела, например грудной клеткой, при аускультации, особенно звук, издаваемый пациентом во время разговора.
4. (образно) То, что вызывает ассоциацию или сильную эмоцию.
5. (физика) Увеличение амплитуды колебаний системы под действием периодической силы, частота которой близка к частоте собственных колебаний системы.
6. (ядерная физика) Короткоживущая субатомная частица или состояние возбуждения атома, возникающее в результате столкновения атомных частиц.
   • 2004 , Когда в 1950-1960-х годах проводились эксперименты с первыми «разрушителями атомов», было обнаружено множество короткоживущих более тяжелых братьев и сестер протона и нейтрона, известных как «резонансы ».- Фрэнк Клоуз, Физика элементарных частиц: очень краткое введение (Оксфорд 2004, стр. 35)
7. Увеличение силы или продолжительности музыкального тона, создаваемого симпатической вибрацией.
8. (химия) Свойство соединения, которое можно представить как имеющее две структуры, различающиеся только распределением электронов; мезомерия.
9. (астрономия) Влияние гравитационных сил одного вращающегося объекта на орбиту другого, вызывающее периодические возмущения.
10. (электроника) Состояние, при котором индуктивное и емкостное сопротивление равны.

Связанные термины [править]

Переводы [править]

состояние резонансности

Приведенные ниже переводы необходимо проверить и вставить выше в соответствующие таблицы переводов, удалив все цифры. Числа не обязательно совпадают с числами в определениях. См. Инструкции в Викисловаре: Макет статьи § Переводы.

Проверяемые переводы

Анаграммы [править]

---

Старофранцузский [править]

Этимология 1 [править]

Латинский резонанс («эхо»), из резонанс («Я слышу»).

Существительное [править]

резонанс f ( наклонное множественное число резонансов , номинативное единственное число резонанс , номинативное множественное число резонансов )

1. резонанс

Этимология 2 [править]

резонатор («рассуждать») + -анс .

Существительное [править]

резонанс f ( наклонное множественное число резонансов , номинативное единственное число резонанс , номинативное множественное число резонансов )

1. причина (логика, мышление, лежащее в основе идеи или концепции)

Ссылки [править]

Резонанс

— Academic Kids

от академических детей

Эта статья о резонансе в физике.Для других значений этого термина см резонанс (значения).

---

В физике резонанс — это тенденция системы поглощать больше колебательной энергии, когда частота колебаний совпадает с собственной частотой колебаний системы (ее резонансная частота ), чем на других частотах. Примерами являются акустические резонансы музыкальных инструментов, приливный резонанс залива Фанди, орбитальный резонанс на примере некоторых спутников Юпитера, резонанс базилярной мембраны в биологической трансдукции слухового сигнала и резонанс в электронных схемах.

Резонансный объект, будь то механический, акустический или электромагнитный, вероятно, будет иметь более одной резонансной частоты (особенно гармоники самого сильного резонанса). На этих частотах будет легко вибрировать, а на других — труднее. Он будет «выделять» свою резонансную частоту из сложного возбуждения, такого как импульсное или широкополосное шумовое возбуждение. Фактически, он отфильтровывает все частоты, кроме резонанса.

См. Также: центральная частота

Механика

Набор качелей — это простой пример резонансной системы, с которой у большинства людей есть практический опыт.Это форма маятника, разновидность резонансной системы. Если вы возбуждаете систему (толкаете качели) с периодом между толчками, равным обратной собственной частоте маятника, качание будет качаться все выше и выше, но если вы возбудите его с другой частотой, это будет очень сложно. Резонансная частота маятника, единственная частота, на которой он будет колебаться, приблизительно для малых перемещений задается уравнением

$f\; =\; \{1\; \backslash \; over\; 2\; \backslash \; pi\}\; \backslash \; sqrt\; \{g\; \backslash \; over\; L\}$ $$

где g — ускорение свободного падения (9.8 м / с ² для Земли), а L — это длина от точки поворота до центра масс. (Полное уравнение намного сложнее и приводит к эллиптическому интегралу.) Обратите внимание, что в этом приближении частота не зависит от массы. Колебание не может быть легко возбуждено гармоническими частотами, но может быть возбуждено субгармониками.

Резонанс может вызвать резкие раскачивания в неправильно построенных мостах. Как на мосту Tacoma Narrows Bridge (по прозвищу Galloping Gertie ), так и по лондонскому пешеходному мосту Millennium (по прозвищу Wobbly Bridge ) наблюдалась эта проблема.Мост может быть даже разрушен его резонансом; вот почему солдат учат маршировать по мосту не в прямом, а в прямом направлении.

Механические резонаторы работают, многократно передавая энергию из кинетической формы в потенциальную и обратно. В маятнике, например, вся энергия накапливается в виде гравитационной энергии (форма потенциальной энергии), когда боб мгновенно неподвижен на пике своего поворота. Эта энергия пропорциональна как массе боба, так и его высоте над самой нижней точкой.По мере того, как боб опускается и набирает скорость, его потенциальная энергия постепенно преобразуется в кинетическую энергию (энергию движения), которая пропорциональна массе боба и квадрату его скорости. Когда боб находится в нижней точке своего пути, он имеет максимальную кинетическую энергию и минимальную потенциальную энергию. Затем тот же процесс происходит в обратном порядке, когда боб поднимается к вершине своего поворота.

Другие механические системы хранят потенциальную энергию в различных формах. Например, система пружина / масса хранит энергию в виде напряжения в пружине, которая в конечном итоге сохраняется в виде энергии связей между атомами.

Схемы электронные

В электрической цепи резонанс возникает на определенной частоте, когда индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление равны по величине, заставляя электрическую энергию колебаться между магнитным полем индуктора и электрическим полем конденсатора.

Резонанс возникает из-за того, что коллапсирующее магнитное поле индуктора генерирует электрический ток в его обмотках, который заряжает конденсатор, а разрядный конденсатор создает электрический ток, который создает магнитное поле в индукторе, и процесс повторяется.Аналогия — механический маятник.

При резонансе последовательное сопротивление двух элементов минимальное, а параллельное — максимальное. Резонанс используется для настройки и фильтрации, поскольку резонанс возникает на определенной частоте при заданных значениях индуктивности и емкости. Резонанс может быть вредным для работы цепей связи, вызывая нежелательные устойчивые и переходные колебания, которые могут вызвать шум, искажение сигнала и повреждение элементов схемы.

Поскольку индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление равны, ω L = 1 / ω C , где ω = 2π f , где f — резонансная частота в герцах, L — это резонансная частота в герцах. индуктивность в генри, а C — емкость в фарадах при использовании стандартных единиц СИ.

Источник : Федеральный стандарт 1037С

Музыка

Резонанс — важное соображение для производителей инструментов, поскольку в большинстве акустических инструментов используются резонаторы, такие как струны и корпус скрипки, длина трубки флейты и форма мембраны барабана.

Струны для скрипки (или арфы, гитары, фортепиано и т. Д.) Имеют основную резонансную частоту, которая напрямую зависит от длины и натяжения струны. Длина волны, которая создаст первый резонанс на струне, равна удвоенной длине струны. Эта частота связана со скоростью v волны, бегущей по струне, уравнением

<математика> f = {v \ over 2L} <математика>

где L — длина струны (для струны, закрепленной на обоих концах).Скорость волны через струну или проволоку связана с ее натяжением T и массой на единицу длины ρ:

<математика> v = \ sqrt {T \ over \ rho} <математика>

Итак, частота связана со свойствами струны уравнением

$f\; =\; \{\backslash \; sqrt\; \{T\; \backslash \; over\; \backslash \; rho\}\; \backslash \; over\; 2\; L\}\; =\; \{\backslash \; sqrt\; \{T\; \backslash \; over\; m\; /\; L\}\; \backslash \; over\; 2\; L\}$ $$

где T — натяжение, ρ — масса на единицу длины и м — общая масса.

Более высокое натяжение и меньшая длина увеличивают резонансную частоту и наоборот. Струна также имеет резонанс на целых кратных основной частоте f . Тогда он также будет резонировать при 2 f , 3 f , 4 f и т. Д. Когда струна возбуждается импульсным действием (ощупывание пальцем или удар молотком), струна колеблется на всех частотах, присутствующих в импульсе (импульсная функция теоретически содержит «все» частоты).Те частоты, которые не являются одним из резонансов, быстро отфильтровываются — они ослабляются — и все, что остается, — это гармонические колебания, которые мы слышим как музыкальную ноту.

Резонанс трубки с воздухом зависит от длины трубки и от того, имеет ли она закрытые или открытые концы. Когда волна достигает конца трубки, часть ее отражается обратно в трубку, а часть передается наружному воздуху. Открытый конец будет отражать волну без инверсии; Другими словами, волна сжатия будет отражаться как волна сжатия.Закрытый конец перевернет отраженную волну; Другими словами, волна сжатия отразится как волна разрежения. Примерами инструментов, у которых оба конца открыты, являются флейта, саксофон, гобой и тромбон. Примером инструмента с одним закрытым концом и одним открытым концом является кларнет. Вибрирующие воздушные колонны также имеют резонансы на гармониках, как струны. Трубки с обоими открытыми концами резонируют на частоте

<математика> f = {v \ over 2L} <математика>

Это похоже на формулу струны, за исключением того, что v теперь становится скоростью звука в воздухе.Трубка с одним закрытым концом будет иметь резонанс

<математика> f = {v \ over 4L} <математика>

Лампы этого типа могут воспроизводить только нечетные гармоники: f , 3 f , 5 f и т. Д.

Композиторы начали вносить резонанс в композицию. Элвин Люсьер использовал акустические инструменты и генераторы синусоидальных волн для исследования резонанса больших и малых объектов во многих своих композициях. Сложные негармонические составляющие крещендо и декрещендо в форме волны на тамтаме или другом ударном инструменте взаимодействуют с резонансами помещения в произведении Джеймса Тенни Koan: Have Never Written A Note For Percussion .2} <математика>.

Интенсивность определяется как квадрат амплитуды колебаний. Это функция Лоренца, и этот отклик встречается во многих физических ситуациях, связанных с резонансными системами. Γ — параметр, зависящий от затухания осциллятора, и известен как шириной линии резонанса. Осцилляторы с сильным затуханием, как правило, имеют широкую ширину линии и реагируют на более широкий диапазон управляющих частот вокруг резонансной частоты. Ширина линии обратно пропорциональна добротности, которая является мерой резкости резонанса.

См. Также

Внешние ссылки

da: резонанс de: Resonanz es: Resonancia fr: rsonance мс: Резонан нл: резонанс ja: 共鳴 пл: Резонанс (физика) сл: резонанка

резонанс — WordReference.com Словарь английского языка

WordReference Словарь американского английского языка для учащихся Random House © 2021 res • o • nance / ˈrɛzənəns / USA произношение п. состояние или качество резонанса: [бесчисленное множество] резонанс его глубокого голоса. качество более глубокого смысла: [исчисляемо] У стихотворения есть резонанс, выходящий за пределы его поверхностного смысла. [Бесчисленное количество] резонанс результатов выборов. См. -Son-. Полный словарь американского английского языка WordReference Random House © 2021 res • o • nance (rez ′ ə nəns), США произношение n. состояние или качество резонанса. продолжение звука отражением; реверберация. Фонетика усиление диапазона слышимости любого источника звуков речи, особенно. фонации, различными соединениями полостей рта, носа, пазух, гортани, глотки и верхней части грудной клетки, и, в некоторой степени, скелетной структурой головы и верхней части грудной клетки. — распределение амплитуд между взаимосвязанными полостями в голове, груди и горле, которые характерны для конкретного речевого звука и относительно не зависят от изменений высоты тона. [Физика.] Физическое состояние системы, в котором в ответ на внешний стимул возникает аномально большая вибрация, возникающая, когда частота стимула такая же или почти такая же, как собственная частота вибрации системы. Physics: Вибрация, производимая в таком состоянии. Physicsa адрон с очень коротким временем жизни порядка 10 — 2 3 сек. Электричество: Состояние цепи относительно заданной частоты и т.п., при котором чистое реактивное сопротивление равно нулю, а ток протекает максимальным образом. Химия Также называется мезомерия. состояние, проявляемое молекулой, когда фактическое расположение ее валентных электронов является промежуточным между двумя или более расположениями, имеющими почти одинаковую энергию, и положения ядер атомов идентичны. Лекарство (при перкуссии для диагностических целей) звук, производимый при наличии воздуха. Latin резонанс эхо, эквивалент. до резон. ( āre ) для звучания + -antia -ance Среднефранцузский 1485–95 Краткий английский словарь Коллинза © HarperCollins Publishers :: резонанс / ˈrɛzənəns / n состояние или качество резонанса звук, производимый телом, вибрирующим вместе с соседним источником звука состояние тела или системы, когда оно подвергается периодическому нарушению та же частота, что и собственная частота тела или системы.На этой частоте система отображает усиленные колебания или вибрацию усиление речевых звуков за счет симпатической вибрации в костной структуре головы и груди, звучащей в полостях носа, рта и глотки состояние электрической цепи когда частота такова, что емкостное и индуктивное реактивные сопротивления равны по величине. В последовательной цепи тогда имеется максимальный переменный ток, тогда как в параллельной цепи есть минимальный переменный ток звук, который слышен при ударе по полой структуре тела, особенно в груди или животе. No related posts. Разное Похожие записи Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы 18.11.2024 Питание кормящей мамы: что можно есть при грудном вскармливании 17.11.2024 Лучшая зимняя обувь для детей 2 лет: выбираем комфортные и надежные модели 16.11.2024 Детская комната для новорожденного: оформление, дизайн и планировка 15.11.2024 Увлажнитель воздуха: польза и вред для здоровья, отзывы специалистов и пользователей 14.11.2024 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт +7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected] Карта сайта