Презентація "Резонанс"

Резонанс: прояви і застосування. Автор проектуучениця 10 класу. Зубок Валерія

Зміст41235 Явище резонансу. Використання резонансу. Мінуси явища резонансу. Запобігання резонансу. Висновок

Явище резонансу. Явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань у випадку, коли частота зміни зовнішньої сили, яка діє на систему, збігається із частотою вільних коливань, називається резонансом (від латинського слова reѕonanѕ — тієї, що відгукується), а відповідна частота — резонансною частотою. Явище резонансу було вперше описано Галілео Галілеєм у 1638 році: "можна привести в рух важкий нерухомий маятник, просто дмухаючи на нього, і повторюючи ці видихи з тією частотою, яка притаманна рухові самого маятника". В описі резонансу Г. Галілей якраз звернув увагу на найсуттєвіше — на здатність механічної коливальної системи (важкого маятника) накопичувати енергію, що підводиться від зовнішнього джерела з певною частотою.

Використання резонансу. Резонанс зустрічається в механіці, електроніці, оптиці, акустиці, астрофізиці. Особлива форма скрипки, віолончелі, контрабаса, гітари сприяє резонансу стоячих звукових хвиль усередині корпусу інструменту, складових гармоніку, і музичний інструмент дарує любителям музики незвичайне звучання. Найвідоміші майстри музичних інструментів, такі як Ніколо Аматі, Антоніо Страдіварі і Андреа Гварнері, вдосконалювали форму, підбирали рідкісні породи деревини і виготовляли спеціальний лак, щоб посилити резонуючий ефект, зберігши при цьому м’якість і ніжність тембру. Саме тому кожен такий інструмент має свій особливий та неповторний звук.

Явище резонансу ми також використовуємо в різних пристроях, що використовують радіохвилі, таких як телевізори, радіоприймачі, мобільні телефони і так далі. Радіо- або телесигнал, що транслюється передавальною станцією, має дуже маленьку амплітуду. Тому, щоб побачити зображення або почути звук, необхідно їх підсилити і, разом з тим, знизити рівень шуму. Це і досягається за допомогою явища резонансу. Для цього потрібно налаштувати власну частоту приймача, який в основі представляє собою електромагнітний коливальний контур, на частоту передавальної станції. При збігу частот настане резонанс, і амплітуда радіо- або телесигналу істотно виросте, а супутні йому шуми залишаться практично без змін. Це забезпечить досить якісну трансляцію. Один з видів магнітного резонансу, електронний парамагнітний резонанс, відкритий в 1944 році російським фізиком Є. К. Завойський, застосовується при дослідженні кристалічної структури елементів, хімії живих клітин, хімічних зв'язків в речовинах і т. д. Електрони в речовинах ведуть себе як мікроскопічні магніти. У різних речовинах вони переорієнтовються по-різному, якщо помістити речовина в постійне зовнішнє магнітне поле і впливати на нього радіочастотним полем.

Повернення електронів до вихідної орієнтації супроводжується радіочастотним сигналом, який несе інформацію про властивості електронів і їх оточення. Цей метод являє собою один з видів спектроскопії. Спостерігається резонанс і в космосі, коли два небесні тіла, які мають  періоди обертання, що відносяться один з одним як невеликі цілі числа, роблять регулярний гравітаційний вплив одне на одного, який може стабілізувати їхні орбіти (орбітальний резонанс у небесній механіці). Приклад використання резонансу в акустиці був наведений раніше, але ось ще один. Талановитий співак Федір Шляпін міг співати з такою частотою, що частота його співу в певний момент співпадала з частотою коливань частинок скляного келиху. Тобто, якщо підібрати потрібну частоту, схожий ефект можна побачити і в побуті.

розбивання келиха для вина за допомогою резонансу

Мінуси явища резонансу. Незважаючи на всі переваги, які можна отримати за допомогою резонансу, не слід забувати і про небезпеку, яку він здатний принести. Землетруси або сейсмічні хвилі, а також робота сильно вібруючих технічних пристроїв можуть викликати руйнування частини будівель або навіть будівель цілком. Крім того, землетруси можуть призвести до утворення величезних резонансних хвиль - цунамі з дуже великою руйнівною силою. Шкідливі прояви резонансу доводитися долати під час обробки металів різанням. За певних режимів різання на металорізальних верстатах збуджуються коливання інструменту і оброблюваної деталі, що є шкідливим для верстатів, й для оброблюваних виробів. Якщо не усунути причину виникнення цих коливань, то погіршується якість обробки деталей, точність виготовлення виробів, швидше зношується верстат тощо.

Відомо, що військовим підрозділам під час проходження мостів приписується "збивати ногу" і йти не стройовим, а вільним кроком. Гіркий досвід деяких катастроф навчив військовослужбовців у подібних ситуаціях відходити від багатовікових традицій. Так, 12 квітня 1831 року зруйнувався Бротонський підвісний міст через ріку Ірвелл в Англії, коли по ньому йшов військовий загін. Частота кроків воїнів, що крокували в ногу, збіглася з частотою власних коливань мосту, через що їх амплітуда стрімко зросла, ланцюги обірвалися, і міст завалився в ріку. Саме цей випадок, у результаті якого два десятки людей було травмовано, сприяв прийняттю в британській армії правила "іти не в ногу" під час проходження військами мостів. З тієї ж причини в 1850 році неподалік від французького міста Анже було зруйновано підвісний ланцюговий міст над рікою Мін довжиною понад сто метрів, що призвело до численних жертв. Причиною руйнування мостів через резонанс можуть стати не лише пішоходи, але й залізничні потяги. Для виключення резонансу мосту потяг має рухатися або повільно, або на максимальній швидкості . Це зазвичай робиться для виключення збігу частоти ударів коліс по стиках рейок із власною частотою коливань мосту (з цієї ж причини ділянку рейок на мосту часто виконують суцільною, тобто без стиків).

Як відомо, голос людини та її мова – це звукові коливання повітря, що знаходиться у нашій гортані. Ми чуємо себе та інших через звуження та розширення голосових зв’язок. Проте інколи це не є приємним, приклад – хропіння. Хропіння – це повторювані резонансні звуки, викликані коливаннями піднебінного язичка і м’якого піднебіння. Такий приклад також відноситься до негативних проявів резонансу, адже люди, що оточують такого сплячого навряд чи зможуть виспатись.

Запобігання резонансуІснують два основні методи запобігання резонансу: А) забезпечення такого режиму роботи системи, в якому частота змушуючої сили й власна частота коливань системи істотно відрізняються за значенням. Скажімо, швидкість обертання сучасних парових турбін значно перевищує так звану критичну швидкість, котра відповідає резонансу;б) збільшення затухання коливань системи. Для цого збільшують тертя в системі, застосовують спеціальні загасники коливань, чи демпфери.

Висновок. Резонанс - це дуже ефективний інструмент для вирішення багатьох практичних завдань, але й одночасно є причиною серйозних руйнувань, шкоди здоров'ю та інших негативних наслідків.

Дякую за увагу!