Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 8 класс>>Физика: Резонанс

Резонанс

Если мы выведем качели из положения равновесия и отпустим их, они будут качаться с определенной собственной частотой. Чтобы раскачать качели посильнее, надо подталкивать их с такой же частотой, и тогда периодические внешние толчки попадут в такт с собственными колебаниями качели. Это и будет резонанс.

Резонанс – это раскачка собственных колебаний системы внешней силой, действующей с той же частотой, и измеряющийся в герцах (Гц).

Опыт с маятником

Давайте сделаем опыт с помощью маятника. Если мы отведем в сторону маятник и отпустим его, то он будет раскачиваться. Допустим, что он делает 48 колебаний в минуту, это значит, что его собственная частота колебаний равна: 48 колебаний/60 секунд = 0,8 Гц. Если подвесить маятник к генератору механических колебаний, который также работает на частоте 0,8 Гц, то мы увидим, что маятник начинает раскачиваться намного быстрее и сильнее. Если остановить маятник и уменьшить частоту генератора всего на одну десятую герца, до 0,7 Гц, то мы увидим, что маятник пытается раскачаться и тут же останавливается. Это происходит потому, что теперь внешние толчки генератора не попадают в такт с собственными колебаниями маятника, и раскачать его не удастся.

Историческая справка

Существует история про роту солдат, которая маршировала по мосту, мост вошел в резонанс с ритмом этого марша, начал раскачиваться и разрушился. Оказывается, ранее такие катастрофы происходили не раз. Сама большая из них случилась в 1850 году во французском городе Анже. Тогда, при обрушении большого подвесного моста через реку Мэн, погибло более 200 человек. После нескольких таких катастроф в армиях разных стран мира был издан приказ, что при переходе через мост солдаты должны идти не в ногу.

Подобное правило применяется и для поездов, которые переезжают через мост. Чтобы избежать резонанса поезд на подъезде к мосту или резко сбавляет скорость и проезжает мост на медленном ходу, или наоборот, старается проехать его на максимальной скорости. Главное, чтобы собственная частота моста ни в коем случае не совпала с частотой ударов колес о стыки рельсов.

Опыт с обручем

Упругие конструкции, такие как мост или крыло самолета, обычно обладают целым рядом собственных частот, и на каждой частоте может происходить резонансная раскачка колебаний. Для примера, можно взять обруч из упругой ленты, установить его на генератор механических колебаний и постепенно увеличивать частоту колебаний начиная с 1 Гц. После того как частота поднимается до 5 Гц, обруч входит в первый резонанс. Продолжаем увеличивать частоту дальше. На частоте в 18 Гц обруч входит во второй резонанс. Продолжаем увеличивать частоту еще дальше. На частоте в 37 Гц обруч входит в третий резонанс.

Интересные факты

Рассказывают, что великий русский певец Федор Иванович Шаляпин силой своего голоса мог разбивать стаканы и бокалы. Это происходило потому, что у бокала есть собственная частота колебаний, звук с этой частотой можно услышать, если несильно ударить ложечкой по краю бокала. Чтобы бокал разбился, частота голоса певца должна быть подстроена под собственную частоту колебаний бокала. Тогда стенки бокала начнут резонировать, раскачиваясь все сильнее и сильнее и, в конце концов, бокал лопнет.

Акустический резонанс

Возьмем два камертона, настроенных на одну частоту, и поставим их друг напротив друга. Ударим по одному камертону, а потом зажмем его ножки. Но звук все еще слышен, потому что это звучит другой камертон, хотя по нему мы не били. Дело в том, что первый камертон раскачал колебания своего резонаторного ящика, этот звук по воздуху возбудил колебания второго резонаторного ящика, а от них загудел и сам второй камертон.