Параграф 33 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Резонанс

Исторический пример резонанса

Резонанс является важным физическим явлением, которое может приводить как к положительным, так и к негативным последствиям. Примером разрушительного резонанса является обрушение Бротонского подвесного моста в Манчестере в 1831 году. Мост начал сильно раскачиваться, когда по нему проходил отряд солдат, шагая в ногу. Это движение совпало с собственной частотой колебаний моста, что привело к резкому увеличению амплитуды и обрушению конструкции. Случай с мостом демонстрирует опасность резонанса в инженерных сооружениях, если не учитывать влияние вынужденных колебаний. Для предотвращения таких ситуаций требуется избегать совпадения частот вынуждающей силы и собственной частоты системы.

Амплитуда вынужденных колебаний и частота изменения силы

Амплитуда вынужденных колебаний зависит от частоты внешней силы. Если частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой системы, амплитуда колебаний достигает максимума. Это явление наблюдается на примере двух маятников разной длины, подвешенных рядом на общей опоре. При изменении длины одного из маятников, его частота колебаний начинает совпадать с частотой второго маятника, и амплитуда второго увеличивается. В этом случае оба маятника колеблются в одинаковых фазах, и энергия передается между ними наиболее эффективно. На графике зависимости амплитуды от частоты видно, что максимальная амплитуда достигается именно при совпадении частот, что и есть резонанс.

Резонансное явление

Резонанс — это явление, при котором амплитуда установившихся колебаний достигает максимума, если частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы. При резонансе система поглощает максимум энергии от внешнего воздействия, что приводит к значительному увеличению амплитуды колебаний. Резонанс может быть как полезным, например, в настройке музыкальных инструментов, так и опасным, как в случае с обрушением мостов или разрушением конструкций под действием ветра. Чтобы управлять резонансными явлениями, необходимо тщательно рассчитывать частоты собственных и вынуждающих колебаний и избегать их совпадения в опасных ситуациях.

Примеры резонанса в технике

В технике резонанс может использоваться для усиления полезных колебаний или улучшения характеристик систем. Например, в музыкальных инструментах резонанс усиливает звучание струн. В инженерных конструкциях резонанс используется для настройки вибрационных систем и измерительных приборов. Однако в большинстве случаев резонанс нежелателен, так как он может привести к разрушению или снижению устойчивости. Например, в зданиях и мостах резонансные колебания могут возникнуть под действием ветра или движения транспорта. Для предотвращения разрушительных последствий применяют специальные демпферы и амортизаторы, которые снижают амплитуду колебаний.

Предотвращение вредных последствий резонанса

Чтобы избежать опасных последствий резонанса, необходимо учитывать собственные частоты колебаний конструкций и избегать воздействия на них с внешними частотами, близкими к резонансным. В случае мостов и зданий критически важно контролировать частоту колебаний и применять специальные конструкции, которые гасят избыточные вибрации. Например, при проектировании железнодорожных мостов и высоких зданий учитывают влияние резонансных колебаний от ветра и движения транспорта. В некоторых случаях используют резонансные поглотители и амортизаторы, чтобы снизить вероятность возникновения резонансных режимов.

Таким образом, резонанс является важным явлением, которое требует внимательного изучения и учета в различных инженерных и научных задачах.