Резонанс. Работа учащейся

Резонанс

Выполнила: ученица 9 класса Тюфтина Алина

Учитель: Тихонова Ольга Александровна

Что такое резонанс

Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 году в работах, посвящённых исследованию маятников и музыкальных струн. В этой области итальянский физик сделал много открытий, которые послужили основой для дальнейшего изучения феномена. Резонанс в физике — это частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое воздействие извне, проявляющееся в синхронизации частот колебаний системы с частотой внешнего воздействия, что влечет за собой резкое увеличение амплитуды колебаний этой системы.

Колебания — процесс изменения состояний системы, которые повторяются через определенные промежутки времени.

По отношению к качелям ваши движения являются внешней силой, которая вынуждает их подниматься выше. Причем сила воздействия не так важна. Даже небольшое движение внешней силы при совпадении с частотой системы, может увеличить ее амплитуду. Так, маленькому ребенку удается раскачать взрослого человека, подстроившись под движение качелей.

Резонировать могут любые упругие физические тела — твердые, жидкие, газообразные. Главным условием резонанса является наличие у тела собственной резонансной частоты.

Частота колебаний измеряется в герцах (1 Гц) и обозначает количество колебаний в секунду. Например, частота колебаний в 20 Гц говорит о том, что тело совершает 20 колебаний в одну секунду.

Виды резонанса

Механический резонанс  — это абсолютное или неполное совпадение частоты собственных колебаний любой механической системы с частотой изменения электродинамической силы. Механический резонанс бывает полным, если частоты колебаний системы и внешней силы совпадают полностью, либо частичным, когда совпадение неполно. Он основан на переходе потенциальной энергии в кинетическую и обратно. 

Наиболее известной резонансной системой являются качели, частоту которых можно рассчитать по формуле:

f =12 πgL −− √ , f=12πgL, 

где g - это постоянная ускорения свободного падения, равная 9,8м/с2, а L — длина от точки подвешивания маятника до центра его масс.

Акустический резонанс — важный фактор, который учитывается музыкальными мастерами при создании инструментов. Звуковая волна ударяет по объекту с частотой, соответствующей резонансной части инструмента, что приводит к резонансу. В струнных инструментах резонаторами выступают деки, усиливающие звуки, которые издают струны. Звучание и тембр зависят не только он формы резонатора, но и от качества и вида древесины и даже состава лака, которым покрывают готовый инструмент.

Звуковой резонанс —  это резонанс, вызванный звуковыми волнами. Это явление, при котором акустические системы усиливают звуковые волны. При этом частота этих волн совпадает с резонансной частотой системы. Акустический тип резонирования имеет основную резонансную частоту, которая зависит от длины, массы и силы натяжения струн.

Плюсы и минусы резонансных явлений

Плюсы:

в музыкальных инструментах придает неповторимое и уникальное звучание таким инструментам, как гитара, скрипка, виолончель и т.д;

применяется в устройствах, использующих радиоволны, таких как радиоприемник, телевизор, телефон;

используется во всех маятниковых механизмах, включая качели;

способ резонансного разрушения применяется для дробления горных пород — при движении дробимого материала силы инерции вызывают напряжение, вынуждающее колебаться материал;

используется в медицине (магнитно-резонансное обследование организма);

резонансный метод используется в элементах систем вибрационного и геомеханического мониторинга грунтовых сред.

Минусы: 

необратимые разрушения сооружений во время землетрясения или под воздействием сейсмических волн;

разрушительные цунами, образованные от резонансных волн в результате землетрясения;

может стать причиной крушения мостов, где внешним раздражителем выступает просто сильный ветер;

авиационные двигатели могут вызывать резонансные колебания элементов самолета, приводя к неполадкам и крушениям;

вредное влияние на организм человека, например, при прослушивании очень громкой музыки в наушниках;

может стать причиной обрыва проводов.