Často slyšíme slovo rezonance: „veřejná rezonance“, „událost, která způsobila rezonanci“, „rezonanční frekvence“. Docela běžné a běžné fráze. Ale můžete přesně říci, co je rezonance?
Pokud se vám odpověď odrazila od zubů, jsme na vás opravdu hrdí! Pokud téma „rezonance ve fyzice“ vyvolává otázky, doporučujeme vám přečíst si náš článek, kde budeme podrobně, jasně a stručně mluvit o takovém jevu, jako je rezonance.
Než začnete mluvit o rezonanci, musíte pochopit, co jsou oscilace a jejich frekvence.
Oscilace a frekvence
Fluktuace - proces změny stavů systému, který se v čase opakuje a vyskytuje se kolem bodu rovnováhy.
Nejjednodušším příkladem oscilace je kývání. Dáváme to ne nadarmo, tento příklad se nám ještě bude hodit pro pochopení podstaty jevu rezonance v budoucnu.
Rezonance může nastat pouze tam, kde jsou vibrace. A nezáleží na tom, o jaký druh vibrací jde – kolísání elektrického napětí, zvukové vibrace, nebo jen mechanické vibrace.
Na obrázku níže popíšeme, jaké mohou být výkyvy.
Mimochodem! Pro naše čtenáře je nyní sleva 10 %. jakýkoli druh práce
Oscilace jsou charakterizovány amplitudou a frekvencí. U již výše zmíněných houpaček je amplituda kmitání maximální výška, do které houpačka vzlétne. Houpačku můžeme rozhoupat i pomalu nebo rychle. V závislosti na tom se bude měnit frekvence kmitů.
Frekvence kmitů (měřená v Hertzech) je počet kmitů za jednotku času. 1 Hertz je jeden kmit za sekundu.
Když houpačkou šviháme, periodicky soustavou kýváme určitou silou (v tomto případě je houpačka oscilační soustava), provádí vynucené kmity. Zvýšení amplitudy kmitů lze dosáhnout, pokud je tento systém určitým způsobem ovlivněn.
Zatlačením na houpačku v určitém okamžiku a s určitou frekvencí je můžete rozhoupat poměrně silně, vynaložíte velmi malé úsilí. To bude rezonance: frekvence našich dopadů se shoduje s frekvencí kmitů švihu a amplitudou kmitů zvyšuje.
Podstata fenoménu rezonance
Rezonance ve fyzice je frekvenčně selektivní odezva oscilačního systému na periodický vnější vliv, který se projevuje prudkým zvýšením amplitudy stacionárních oscilací, když se frekvence vnějšího vlivu shoduje s určitými hodnotami charakteristickými pro tento systém.
Jsou případy, kdy most, po kterém vojáci pochodovali, vstoupil do rezonance z cvičného stupně, zhoupl se a zřítil se. Mimochodem, proto nyní při přechodu mostu mají vojáci jít volným tempem a ne krokem.Podstata fenoménu rezonance ve fyzice spočívá v tom, že amplituda kmitů se prudce zvyšuje, když se frekvence dopadu na systém shoduje s vlastní frekvencí systému.
Příklady rezonance
Fenomén rezonance je pozorován v různých fyzikálních procesech. Například zvuková rezonance. Vezmeme si kytaru. Sám o sobě bude zvuk kytarových strun tichý a téměř neslyšitelný. Struny však nejsou bezdůvodně instalovány nad tělem - rezonátorem. Jakmile se dostanete do těla, zvuk z vibrací struny se zesílí a ten, kdo kytaru drží, cítí, jak se začíná mírně „třást“, vibrovat od úderů do strun. Jinými slovy, rezonovat.
Dalším příkladem pozorování rezonance, se kterým se setkáváme, jsou kruhy na vodě. Pokud hodíte dva kameny do vody, ocasní vlny z nich se setkají a zesílí.
Působení mikrovln je také založeno na rezonanci. V tomto případě se rezonance vyskytuje v molekulách vody, které absorbují mikrovlnné záření (2,450 GHz). V důsledku toho se molekuly dostanou do rezonance, silněji vibrují a teplota potravin stoupá.
Rezonance může být prospěšná i škodlivá. A přečtení článku, stejně jako pomoc naší studentské služby v obtížných učebních situacích, vám jen prospěje. Pokud v průběhu kurzu potřebujete porozumět fyzice magnetické rezonance, můžete bezpečně kontaktovat naši společnost pro rychlou a kvalifikovanou pomoc.
Nakonec navrhujeme zhlédnout video na téma „rezonance“ a ujistit se, že věda může být vzrušující a zajímavá. Naše služba pomůže s jakoukoli prací: od eseje „Internet a počítačová kriminalita“ až po seminární práci o fyzice vibrací nebo eseje v literatuře.
25. Nucené vibrace. Rezonanční fenomén. rezonanční křivky.
Nucené vibrace- kolísání vyskytující se pod vlivem vnějších sil, které se v čase mění.
Vlastní oscilace se liší od vynucených oscilací tím, že jsou způsobeny časopis vnější vliv a vyskytují se s frekvencí tohoto vlivu, přičemž výskyt samokmitů a jejich frekvence jsou určeny vnitřními vlastnostmi vlastního samokmitajícího systému.
Druhý Newtonův zákon pro takový oscilátor zapíšeme ve tvaru: . Pokud zavedeme zápis: a nahradíme zrychlení druhou derivací souřadnice vzhledem k času, dostaneme následující diferenciální rovnici:
Řešení této rovnice bude součtem obecného řešení homogenní rovnice a partikulárního řešení nehomogenní rovnice. Obecné řešení homogenní rovnice zde již bylo získáno a má tvar:
Kde A,φ jsou libovolné konstanty, které jsou určeny z počátečních podmínek.
Pojďme najít konkrétní řešení. K tomu dosadíme řešení ve tvaru: do rovnice a získáme hodnotu konstanty:
Poté bude konečné řešení zapsáno takto:
důvodì ns(fr. rezonance, z lat. resono- reagovat) - jev prudkého zvýšení amplitudy vynucených oscilací, ke kterému dochází, když se frekvence vnějšího vlivu blíží určitým hodnotám (rezonanční frekvence) určené vlastnostmi systému.
Zvýšení amplitudy je pouze důsledkem rezonance a důvodem je shoda vnější (vzrušující) frekvence s vnitřní (vlastní) frekvencí oscilačního systému. Pomocí rezonančního jevu lze izolovat a/nebo posílit i velmi slabé periodické oscilace. Rezonance je jev, kdy při určité frekvenci hnací síly oscilační systém zvláště reaguje na působení této síly.
Mechanický rezonanční systém, který většina lidí zná, je obvyklá houpačka. Pokud budete švih tlačit podle jeho rezonanční frekvence, rozsah pohybu se zvětší, jinak pohyb utichne. Rezonanční frekvenci takového kyvadla s dostatečnou přesností v rozsahu malých výchylek od rovnovážného stavu zjistíme vzorcem:
Kde G je zrychlení volného pádu (9,8 m/s² pro zemský povrch), a L- délka od bodu zavěšení kyvadla ke středu jeho hmotnosti
Rezonanční jevy mohou způsobit nevratné poškození různých mechanických systémů, jako jsou například nesprávně navržené mosty. V roce 1905 se tedy zřítil egyptský most v Petrohradě, když tudy projížděla jezdecká eskadra, a v roce 1940 se zřítil most Tacoma v USA. Aby se předešlo takovému poškození, existuje pravidlo, které nutí formaci vojáků rozbít krok při průjezdu mostů.
R 
rezonanční křivka oscilačního obvodu Rezonanční křivka oscilačního obvodu: w0 - frekvence vlastních kmitů; W je frekvence vynucených kmitů; DW - frekvenční pásmo blízko w0, na jehož hranicích je amplituda kmitání V = 0,7 Vmakc. Tečkovaná čára je rezonanční křivka dvou spojených obvodů.
26. Základní pojmy a výchozí ustanovení polohy termodynamiky. Reverzibilní a nevratné procesy. Kruhové procesy (cykly).
Termodynamika- obor fyziky, který studuje vztahy a přeměny tepla a jiných forem energie
Seznam principů termodynamiky
První termodynamický zákon je zákon zachování energie, který je aplikován na termodynamické systémy. (Množství tepla přijatého systémem mění jeho vnitřní energii a působí proti vnějším silám)
Δ U = Q − A
Druhý termodynamický zákon ukládá omezení směru termodynamických procesů, zakazuje samovolný přenos tepla z méně zahřátých těles na více zahřátá. Formulován také jako zákon rostoucí entropie. dS≥0 ( Clausiova nerovnost)
Třetí zákon termodynamiky říká, jak se entropie chová blízko absolutní nuly teplot. 
Reverzibilní proces(tedy rovnovážný) - termodynamický děj, který může probíhat jak v dopředném, tak i v opačném směru, přičemž prochází stejnými mezistavy a systém se vrací do původního stavu bez energetického výdeje a nedochází k žádným makroskopickým změnám v prostředí.
Reverzibilní proces může být kdykoli nucen postupovat opačným směrem změnou nějaké nezávisle proměnné o nekonečně malé množství.
Nejvíce práce dávají vratné procesy. Obecně je nemožné získat ze systému více práce. To dává reverzibilním procesům teoretickou důležitost. V praxi nelze realizovat vratný proces. Plyne nekonečně pomalu a člověk se k němu může jen přiblížit.
nevratné se nazývá proces, který nemůže být proveden v opačném směru přes všechny stejné mezistavy. Všechny skutečné procesy jsou nevratné. Příklady nevratných procesů: difúze, tepelná vodivost atd.
termodynyì cal qiì cly- kruhové děje v termodynamice, to znamená takové děje, při kterých se shodují počáteční a konečné parametry určující stav pracovní tekutiny (tlak, objem, teplota, entropie).
Termodynamické cykly jsou modely procesů probíhajících ve skutečných tepelných motorech pro přeměnu tepla na mechanickou práci. Jediným reverzibilním cyklem u stroje, ve kterém se teplo přenáší pouze mezi pracovní kapalinou, ohřívačem a chladičem, je Carnotův cyklus. Existují i další cykly (například Stirlingův a Ericssonův cyklus), ve kterých je reverzibility dosaženo zavedením dodatečného zásobníku tepla - regenerátoru
Dosahuje nejvyšší hodnoty, když je frekvence hnací síly rovna vlastní frekvenci oscilačního systému.
Charakteristickým rysem nucených kmitů je závislost jejich amplitudy na frekvenci změny vnější síly. Ke studiu této závislosti můžete použít instalaci zobrazenou na obrázku:
Na klice s rukojetí je upevněno pružinové kyvadlo. Při rovnoměrném otáčení rukojeti se působení periodicky se měnící síly přenáší na zátěž prostřednictvím pružiny. Změna s frekvencí rovnou frekvenci otáčení rukojeti způsobí, že břemeno bude nuceně oscilovat. Pokud budete klikou otáčet velmi pomalu, bude se zátěž spolu s pružinou pohybovat nahoru a dolů stejným způsobem jako závěsný bod O. Amplituda vynucených kmitů pak bude malá. Při rychlejší rotaci začne zátěž kmitat silněji a při frekvenci rotace rovné vlastní frekvenci kyvadla pružiny ( ω = ω event), amplituda jeho kmitů dosáhne maxima. S dalším zvýšením frekvence otáčení rukojeti se amplituda nucených kmitů zátěže opět zmenší. Velmi rychlá rotace rukojeti zanechá břemeno téměř nehybné: díky své setrvačnosti se kyvadlo pružiny, které nemá čas sledovat změny vnější síly, jednoduše chvěje na místě.
Fenomén rezonance lze demonstrovat i u závitových kyvadel. Zavěste na kolejnici masivní kouli 1 a několik kyvadel s různě dlouhými nitěmi. Každé z těchto kyvadel má svou vlastní frekvenci kmitání, kterou lze určit na základě znalosti délky závitu a gravitačního zrychlení.
Nyní, aniž bychom se dotkli světelných kyvadel, vyjmeme kuličku 1 z rovnovážné polohy a necháme ji jít. Houpání masivní koule způsobí periodické kmitání kolejnice, v důsledku čehož na každé ze světelných kyvadel začne působit periodicky se měnící elastická síla. Frekvence jeho změn bude rovna frekvenci kmitání míče. Pod vlivem této síly začnou kyvadla vyvíjet nucené oscilace. V tomto případě zůstanou kyvadla 2 a 3 téměř nehybná. Kyvadla 4 a 5 budou kmitat s mírně větší amplitudou. A u kyvadla b, která má stejnou délku závitu a v důsledku toho i vlastní frekvenci kmitů jako kulička 1, bude amplituda maximální. Toto je rezonance.
K rezonanci dochází díky tomu, že vnější síla, působící v čase s volnými vibracemi těla, po celou dobu koná pozitivní práci. Díky této práci se zvyšuje energie kmitajícího tělesa a zvyšuje se amplituda kmitů.
Prudký nárůst amplitudy vynucených kmitů při ω = ω event volal rezonance.
Změna amplitudy kmitů v závislosti na frekvenci při stejné amplitudě vnější síly, ale při různých koeficientech tření a, je znázorněna na obrázku níže, kde křivka 1 odpovídá minimální hodnotě a křivka 3 - maximum.
Z obrázku je vidět, že má smysl mluvit o rezonanci, pokud je tlumení volných kmitů v systému malé. Jinak amplituda vynucených kmitů při ω = ω 0 se jen málo liší od amplitudy kmitání na jiných frekvencích.
Fenomén rezonance v životě a technologii.
Rezonanční fenomén může hrát pozitivní i negativní roli.
Je například známo, že i dítě dokáže rozhoupat těžký „jazyk“ velkého zvonu, ale pod podmínkou, že za lano zatáhne včas volnými vibracemi „jazyka“.
Činnost jazýčkového frekvenčního měřiče je založena na využití rezonance. Toto zařízení je sada pružných desek různých délek upevněných na společné základně. Vlastní frekvence každé desky je známá. Když se frekvenční měřič dostane do kontaktu s oscilačním systémem, jehož frekvenci je třeba určit, začne tato deska kmitat s největší amplitudou, jejíž frekvence se shoduje s naměřenou frekvencí. Tím, že si všimneme, která deska je v rezonanci, určíme frekvenci kmitů systému.
S fenoménem rezonance se lze setkat i tehdy, když je zcela nežádoucí. Tak například v roce 1750 poblíž města Angers ve Francii kráčel oddíl vojáků v kroku přes 102 m dlouhý řetězový most. Frekvence jejich kroků se shodovala s frekvencí volných vibrací mostu. Kvůli tomu se prudce zvýšila amplituda kmitů můstku (nastala rezonance) a obvody se přerušily. Most se zřítil do řeky.
V roce 1830 se ze stejného důvodu zřítil visutý most poblíž anglického Manchesteru, když přes něj pochodoval vojenský oddíl.
V roce 1906 se vlivem rezonance zřítil egyptský most v Petrohradě, po kterém projížděla jízdní eskadrona.
Nyní, aby se předešlo takovým případům, mají vojenské jednotky nařízeno, aby při přechodu mostu „srazily nohy“, aby nešly do boje, ale volným krokem.
Pokud vlak projede mostem, pak, aby se vyhnul rezonanci, projede kolem něj buď pomalou rychlostí, nebo naopak maximální rychlostí (takže frekvence narážení kol na kolejové spoje nedopadne jako být rovna vlastní frekvenci mostu).
Vlastní kmitočet má i samotný vůz (kmitající na svých pružinách). Když se frekvence nárazů jeho kol na křižovatkách kolejnic vyrovná jí, vůz se začne silně kývat.
Fenomén rezonance se vyskytuje nejen na souši, ale také v moři, a dokonce i ve vzduchu. Takže například při určitých frekvencích hřídele vrtule vstoupily do rezonance celé lodě. A na úsvitu rozvoje letectví některé letecké motory způsobovaly tak silné rezonanční vibrace částí letadel, že se to ve vzduchu rozpadalo.
Rezonance je jedním z nejzajímavějších fyzikálních jevů. A čím hlubší jsou naše znalosti o světě kolem nás, tím jasněji lze vysledovat roli tohoto fenoménu v různých oblastech našeho života – v hudbě, medicíně, radiotechnice a dokonce i na hřišti.
Jaký je význam tohoto pojmu, podmínky jeho vzniku a projevu?
Přirozené a nucené oscilace. Rezonance
Připomeňme si jednoduchou a příjemnou zábavu – houpání na závěsné houpačce.
Vyvinutím velmi mírného úsilí ve správný čas může dítě houpat dospělého. K tomu se však frekvence působení vnější síly musí shodovat s vlastní frekvencí švihu. Pouze v tomto případě se amplituda jejich kmitů znatelně zvýší.
Rezonance je tedy jev prudkého nárůstu amplitudy oscilací těla, kdy se frekvence vlastních oscilací shoduje s frekvencí vnější síly.
Nejprve si ujasněme pojmy - přirozené a nucené vibrace. Vlastní - vlastní všem tělesům - hvězdám, strunám, pružinám, jádrům, plynům, kapalinám... Obvykle závisí na koeficientu pružnosti, hmotnosti tělesa a dalších parametrech. Takové oscilace vznikají pod vlivem primárního tlaku, prováděného vnější silou. Aby se tedy rozvibrovalo břemeno zavěšené na pružině, stačí jej táhnout o určitou vzdálenost. Vlastní kmitání, které v tomto případě vzniká, bude tlumeno, protože energie kmitání je vynaložena na překonání odporu samotného oscilačního systému a okolí.
Vynucené kmitání nastává, když je na tělo aplikována síla třetí strany (vnější) s určitou frekvencí. Tato vnější síla se také nazývá donucovací síla. Je velmi důležité, aby tato vnější síla působila na tělo ve správný okamžik a na správném místě. Je to ona, kdo úbytek energie dorovnává a zvyšuje ji vlastními vibracemi těla.
mechanická rezonance
Velmi nápadným příkladem projevu rezonance je několik případů zřícení mostů, kdy po nich pochodovala rota vojáků.
Vyražený krok bot vojáků se shodoval s přirozenou frekvencí mostu. Začal kmitat s takovou amplitudou, pro kterou jeho síla nebyla spočítána a ... se rozpadl. Pak se zrodil nový vojenský tým „…nekrok“. Ozve se, když přes most prochází pěší nebo jezdecká rota vojáků.
Pokud jste někdy cestovali vlakem, tak ti nejpozornější z vás si všimli znatelného houpání vozů při nárazu jeho kol do kolejnicových spojů. Takto vůz reaguje, tedy rezonuje s vibracemi, které vznikají při překonávání těchto mezer.
Lodní přístroje jsou opatřeny masivními stojany nebo zavěšeny na měkkých pružinách, aby nedocházelo k rezonanci těchto částí lodi s vibracemi lodního trupu. Při spouštění lodních motorů může loď vstoupit do rezonance s jejich prací tak, že to ohrožuje její sílu.
Uvedené příklady jsou dostatečné k tomu, abyste se přesvědčili o nutnosti brát rezonanci v úvahu. Ale někdy používáme mechanickou rezonanci, aniž bychom si toho všimli. Řidič a jeho dobrovolní asistenti tlačí auto uvízlé v bahně a nejprve s ním zatřese a poté ho popostrčí ve směru jízdy.
Houpání těžkým zvonem tento jev také nevědomě využívají.
Rytmicky, v čase s vlastními oscilacemi jazyka zvonu, tahají za šňůru k němu připojenou, čímž zvyšují amplitudu oscilací.
Existují zařízení, která měří frekvenci elektrického proudu. Jejich působení je založeno na využití rezonance.
akustická rezonance
Na stránkách našeho webu jsme Pokračujme v našem rozhovoru a doplňte jej o příklady projevu akustické nebo zvukové rezonance.
Proč mají hudební nástroje, zejména kytara a housle, tak krásné tělo? Jde jen o to vypadat hezky? Ukázalo se, že ne. Je potřeba pro správné ozvučení celé zvukové palety vydávané nástrojem. Zvuk produkovaný samotnou kytarovou strunou je docela tichý. Pro jeho zpevnění jsou struny umístěny na vrchu těla, které má určitý tvar a velikost. Zvuk, který se dostává do kytary, rezonuje s různými částmi těla a zesiluje.
Síla a čistota zvuku závisí na kvalitě dřeva, a dokonce i na laku, kterým je nástroj potažen.
Dostupný rezonátory v našem hlasovém aparátu. Jejich roli plní celá řada vzduchových dutin obklopujících hlasivky. Zesilují zvuk, tvoří jeho témbr, zesilují právě ty vibrace, jejichž frekvence je blízká jejich vlastní. Schopnost používat rezonátory vašeho hlasového aparátu je jednou ze stránek zpěvákova talentu. Dokonale je zvládl F.I. Chaliapin.
Říká se, že když tento velký umělec zpíval ze všech sil, svíčky zhasly, lustry se třásly a fasetové sklenice praskaly.
Tito. fenomén zvukové rezonance hraje v nádherném světě zvuků obrovskou roli.
elektrická rezonance
Tento jev neprošel a elektrické obvody. Li frekvence změny vnějšího napětí se bude shodovat s frekvencí vlastních kmitů obvodu, může dojít k elektrické rezonanci. Jako vždy se to projevuje prudkým nárůstem jak proudu, tak napětí v obvodu. To je plné zkratu a selhání zařízení zahrnutých v obvodu.
Právě rezonance nám však umožňuje naladit se na frekvenci konkrétní rozhlasové stanice. Anténa obvykle přijímá mnoho frekvencí z různých rádiových stanic. Otáčením ladícího knoflíku měníme frekvenci přijímacího obvodu rádia.
Když se jedna z frekvencí, která přišla do antény, shoduje s touto frekvencí, uslyšíme tuto rozhlasovou stanici.
Schumann mává
Mezi povrchem Země a její ionosférou se nachází vrstva, ve které se velmi dobře šíří elektromagnetické vlny. Tento nebeský koridor se nazývá vlnovod. Vlny zde generované mohou několikrát obíhat Zemi. Ale odkud pocházejí? Ukázalo se, že k nim dochází při výbojích blesku.
Jejich četnost vypočítal profesor Technické univerzity v Mnichově Schumann. Ukázalo se, že se rovná 10 Hz. Ale právě s takovým rytmem dochází k vibracím lidského mozku! Tato úžasná skutečnost nemohla být pouhou náhodou. Žijeme uvnitř obřího vlnovodu, který svým rytmem ovládá naše tělo. Další výzkum tento předpoklad potvrdil. Ukázalo se, že zkreslení Schumannových vln například při magnetických bouřích zhoršuje zdraví lidí.
Tito. aby se člověk cítil normálně, musí rytmus nejdůležitějších vibrací lidského těla rezonovat s frekvencí Schumannových vln.
Elektromagnetický smog z provozu domácích a průmyslových elektrospotřebičů narušuje přirozené vlny Země a ničí náš citlivý vztah k naší planetě.
Všechny objekty Vesmíru podléhají zákonům rezonance. I mezilidské vztahy podléhají těmto zákonům. Vybíráme si tedy své přátele, hledáme své vlastní druhy, o které máme zájem, se kterými jsme „na stejné vlně“.
Pokud by vám tato zpráva byla užitečná, rád vás uvidím
Fenomén rezonance je známý již dlouhou dobu. Jakýkoli oscilační systém, mechanický nebo elektrický, má určitou dobu trvání (periodu) oscilací. Ovlivněním oscilačního systému frekvencí vlastních kmitů je možné prudce zvýšit amplitudu kmitání s minimální spotřebou energie. Říkají, že systém (oscilační obvod v elektrotechnice) vstoupil do rezonance.
Nejstarší popis rezonance sestavil na počátku 17. století italský vědec Galileo Galilei na příkladech kmitání kyvadla a strun. Kyvadlo nejzřetelněji demonstruje fenomén rezonance. Břemeno zavěšené na niti, když se odkloní od svislice, má tendenci se vracet do stabilního stavu a kmitá kolem něj s konstantní frekvencí.
Tlačením břemene jeho vlastní frekvencí můžete snadno zvýšit výšku zdvihu i při značné hmotnosti. Děti snadno rozhoupou ty nejtěžší houpačky.
Rezonanční vlastnosti
Nejdůležitější vlastností rezonance je, že čím blíže je frekvence působení její vlastní, tím prudší je nárůst amplitudy kmitů. Při absenci energetických ztrát (tření, elastické a plastické deformace, vliv gravitačních sil atd.) se amplituda kmitání zvyšuje do nekonečna až do destrukce mechanického systému.
Faktor jakosti oscilačního systému
Jedním z parametrů oscilačního systému je faktor kvality. Faktor jakosti určuje šířku rezonance, tedy citlivost oscilačního systému na vnější vlivy s frekvencí blízkou rezonančnímu. Čím vyšší je činitel jakosti, tím přesnější musí být vnější vliv. Analýza ukazuje, že faktor kvality určuje spotřebu energie v systému při volných oscilacích. Rychlost tlumení oscilací ve volném systému je nepřímo úměrná jeho kvalitativnímu faktoru.
Pozitivní a negativní aspekty rezonance
Fenomén mechanické rezonance může být prospěšný i škodlivý. Jednou z prvních praktických aplikací byla výroba zvonů. Pohyb těžkého jazyka zvonu je chaoticky nemožný, ale pouze pokud je známa jeho perioda kmitání. Tento jev využívají i všechny smyčcové a plátkové dechové nástroje. Rezonance vibrací struny se změnou její délky, tloušťky a napětí byla studována nejvíce. Změnou délky strun, jejich přitlačením ke kovovým pražcům na krku nástroje, hudebníci extrahují zvuky různých frekvencí.
Rezonance nachází uplatnění v jazýčkových frekvenčních čítačích. Ta deska (rákos), jejíž rezonanční frekvence se shoduje s měřenou nebo je jí nejblíže, má maximální amplitudu kmitů.
Mechanická rezonance často vede k destrukci mechanických struktur. Klasickým příkladem je most, který se zřítil, když přes něj pochodovali vojáci. Od té doby je zakázáno přecházet mosty při pochodu v kroku. Zvyšující se amplituda kmitů pružného zavěšení vozidel může způsobit převrácení osobního nebo železničního vozu. Pro snížení amplitudy kmitů je nutné provést tlumení tak, aby frekvence vlastních kmitů ležela mimo rozsah možných vlivů, případně snížit jakostní činitel kmitací soustavy.
Ve vozidlech je toho dosaženo použitím plynových nebo kapalinových tlumičů, které tlumí vibrace pružinových prvků odpružení. V železničních vozech na kolových podvozcích je instalováno několik sad pružin s různou tuhostí. Tím se dosáhne „rozostření“ rezonance. U osobních vozů jsou podvozky navíc vybaveny tlumiči pro plynulé tlumení vibrací. Jejich zařízení je zcela podobné automobilovým tlumičům. Lodě jsou vybaveny tzv. „rolling dampers“.
Elektromechanické rezonátory
V radiotechnice existuje skupina zařízení, která využívají piezoelektrický jev a mechanickou rezonanci. Jedná se o křemenné rezonátory a elektromechanické filtry.
Piezoelektrický jev je vyjádřen změnou lineárních rozměrů určitých látek působením přiloženého napětí. K deformaci materiálu dochází pouze na velikosti krystalu, ale nesouvisí s velikostí působícího napětí. Tento efekt je reverzibilní, to znamená, že deformací prvku lze získat rozdíl potenciálů. Hodnoty napětí a potenciálního rozdílu tedy závisí na počátečních rozměrech krystalu a jsou v těsném vztahu.
Jev piezoelektriky se nejvýrazněji projevuje u křemenných desek vyřezaných z monokrystalu v určitém směru. Na opačných stranách desky jsou kovové desky pro připojení k elektrickému obvodu. Změnou lineárních rozměrů křemenné desky je možné získat různé hodnoty rezonanční frekvence.
Faktor kvality výsledného rezonátoru je extrémně vysoký a frekvenční stabilita je 10-6 Hz.
Skupina křemenných rezonátorů zapojených do obvodu tvoří frekvenční filtr s velmi dobrými vlastnostmi: vysoký činitel jakosti, přesné nastavení šířky pásma nebo mezní frekvence.
Pro vaši informaci. Filtry a obvody pro nastavení frekvence na bázi křemenných rezonátorů se používají tam, kde je důležitá vysoká stabilita: v rádiových přijímačích a vysílačích, elektronických hodinkách, digitální technice.
Výhody křemenných filtrů:
- Přesnost frekvence bez nutnosti ladění;
- Vysoký kvalitativní faktor;
- Malé celkové rozměry (až do zlomků milimetru);
- Vysoká spolehlivost a trvanlivost;
- Slabá závislost na teplotě.
Přesnost rezonanční frekvence hraje negativní roli tam, kde je potřeba frekvenční ladění, protože parametry rezonátoru nelze měnit. Na pomoc přicházejí digitální frekvenční syntezátory, u kterých je hlavní oscilátor stabilizován křemenným prvkem a výstupní impulsy jsou tvořeny pomocí logických operací na digitální sekvenci.
Video
