Резонанс
⚡ Физика · 9 класс
Что такое резонанс
Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты внешней (вынуждающей) силы с собственной частотой колебательной системы.
Чтобы понять резонанс, надо различать два вида колебаний. Свободные колебания совершаются за счёт начального запаса энергии и постепенно затухают. Вынужденные колебания происходят под действием периодической внешней силы и не затухают, пока эта сила действует.
Условие резонанса
У каждой колебательной системы есть своя собственная частота — частота, с которой она колеблется, будучи выведенной из равновесия. Если частоту внешней силы плавно менять, то при её приближении к собственной частоте амплитуда растёт, а при точном совпадении достигает максимума. Это и есть резонанс.
Условие резонанса: частота вынуждающей силы равна собственной частоте системы, то есть v(внеш) = v(собств).Простой опыт
Подвесим на одной перекладине несколько маятников разной длины и один из них раскачаем. Через нить колебания передаются остальным, но сильнее всего раскачается тот маятник, длина которого равна длине первого, ведь у них одинаковая собственная частота.
| Соотношение частот | Амплитуда |
|---|---|
| Сильно отличаются | Малая |
| Близки | Растёт |
| Совпадают | Максимальная (резонанс) |
Полезный и вредный резонанс
Полезное применение: настройка радиоприёмника на станцию, работа музыкальных инструментов, качание качелей в такт.
Вредное проявление: резонанс может разрушать мосты и здания. Поэтому солдатам приказывают идти по мосту не в ногу, чтобы частота шагов не совпала с собственной частотой моста.
Резонанс в технике и быту
С резонансом связано множество явлений вокруг нас. Звуковой резонанс используют корпуса музыкальных инструментов — деки гитары и скрипки усиливают звук струн. На резонансе основана работа духовых инструментов: столб воздуха внутри трубы имеет свои собственные частоты. В то же время инженеры борются с вредным резонансом: двигатели и станки балансируют, чтобы вибрации не совпали с собственными частотами деталей и не вызвали их разрушение.
Затухание и резонанс
Реальные колебания всегда затухают из-за трения и сопротивления. Чем меньше потери энергии в системе, тем острее и выше резонансный пик: амплитуда при резонансе возрастает сильнее. В системах с большим трением резонанс выражен слабо, а амплитуда даже при совпадении частот остаётся ограниченной.
Разобранный пример
Мост имеет собственную частоту колебаний v = 1,6 Гц. Колонна солдат шагает с частотой 1,6 шага в секунду. Частоты совпали — наступит резонанс, амплитуда колебаний моста резко возрастёт, что опасно. Если же изменить темп ходьбы, совпадение частот нарушится, и опасные колебания не возникнут.
Частая ошибка: думать, что резонанс наступает при любой большой внешней силе. На самом деле важна не величина силы, а совпадение частот.
Кратко о главном
- Резонанс — резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний.
- Условие: частота внешней силы равна собственной частоте системы.
- Резонанс бывает полезным (радио, музыка) и опасным (разрушение мостов).
- Главное — совпадение частот, а не сила воздействия.