La definizione del concetto di risonanza (risposta) in fisica è affidata a tecnici speciali che dispongono di grafici statistici che spesso incontrano questo fenomeno. Oggi, la risonanza è una risposta selettiva in frequenza, in cui un sistema vibratorio o un forte aumento di una forza esterna costringe un altro sistema ad oscillare con un'ampiezza maggiore a determinate frequenze.

Principio operativo

Questo fenomeno è osservato quando il sistema è in grado di immagazzinare e trasferire facilmente energia tra due o più diverse modalità di accumulo come l'energia cinetica e potenziale. Tuttavia, c'è una certa perdita da un ciclo all'altro, chiamata attenuazione. Quando lo smorzamento è trascurabile, la frequenza di risonanza è approssimativamente uguale alla frequenza naturale del sistema, che è la frequenza delle vibrazioni non forzate.

Questi fenomeni si verificano con tutti i tipi di oscillazioni o onde: meccaniche, acustiche, elettromagnetiche, magnetiche nucleari (NMR), spin elettronico (EPR) e risonanza delle funzioni d'onda quantistiche. Tali sistemi possono essere utilizzati per generare vibrazioni di una certa frequenza (ad esempio strumenti musicali).

Il termine "risonanza" (dal latino resonantia, "eco") deriva dal campo dell'acustica, particolarmente osservata negli strumenti musicali, ad esempio, quando le corde iniziano a vibrare e produrre suono senza essere direttamente influenzate dal suonatore.

Spingere un uomo su un'altalenaè un esempio comune di questo fenomeno. Un'oscillazione caricata, il pendolo ha una frequenza di oscillazione naturale e una frequenza di risonanza che resiste a essere spinto più velocemente o più lentamente.

Un esempio è l'oscillazione dei proiettili in un playground, che agisce come un pendolo. Premendo una persona mentre si oscilla a un intervallo di oscillazione naturale, l'oscillazione aumenta sempre più (ampiezza massima), mentre i tentativi di oscillare a un ritmo più veloce o più lento creano archi più piccoli. Questo perché l'energia assorbita dalle vibrazioni aumenta quando gli urti corrispondono alle vibrazioni naturali.

La risposta è ampiamente trovata in natura ed è utilizzato in molti dispositivi artificiali. Questo è il meccanismo mediante il quale vengono generate praticamente tutte le onde sinusoidali e le vibrazioni. Molti dei suoni che sentiamo, ad esempio quando vengono colpiti oggetti duri in metallo, vetro o legno, sono causati da brevi vibrazioni nell'oggetto. La luce e altre radiazioni elettromagnetiche a lunghezza d'onda corta sono prodotte dalla risonanza su scala atomica, come gli elettroni negli atomi. Altre condizioni in cui si possono applicare le proprietà benefiche di questo fenomeno:

• Meccanismi di cronometraggio degli orologi moderni, bilanciere negli orologi meccanici e cristallo di quarzo negli orologi.
• Risposta alle maree della Baia di Fundy.
• Risonanze acustiche di strumenti musicali e tratto vocale umano.
• Distruzione di un cristallo sotto l'influenza del giusto tono musicale.
• Gli idiofoni di attrito, come la creazione di un oggetto di vetro (vetro, bottiglia, vaso), vibrano quando vengono strofinati attorno al bordo con la punta delle dita.
• La risposta elettrica dei circuiti sintonizzati in radio e televisori che consentono la ricezione selettiva delle frequenze radio.
• Creazione di luce coerente mediante risonanza ottica in una cavità laser.
• Risposta orbitale, esemplificata da alcune lune dei giganti gassosi del sistema solare.

Risonanze materiali su scala atomica sono alla base di diversi metodi spettroscopici utilizzati nella fisica della materia condensata, ad esempio:

• Rotazione elettronica.
• Effetto Mossbauer.
• Magnetico nucleare.

Tipi di fenomeno

Nel descrivere la risonanza, G. Galileo ha semplicemente attirato l'attenzione sulla cosa più significativa: la capacità di un sistema oscillatorio meccanico (un pendolo pesante) di accumulare energia fornita da una fonte esterna con una certa frequenza. Le manifestazioni di risonanza hanno determinate caratteristiche in diversi sistemi e quindi ne distinguono i diversi tipi.

Meccanico e acustico

È la tendenza di un sistema meccanico ad assorbire più energia quando la sua frequenza di vibrazione corrisponde alla frequenza di vibrazione naturale del sistema. Ciò può portare a gravi fluttuazioni del traffico e persino a guasti catastrofici in strutture non finite, inclusi ponti, edifici, treni e aerei. Durante la progettazione di oggetti, gli ingegneri devono assicurarsi che le frequenze di risonanza meccanica delle parti componenti non corrispondano alle frequenze di vibrazione dei motori o di altre parti oscillanti per evitare un fenomeno noto come distress risonante.

risonanza elettrica

Si verifica in un circuito elettrico a una certa frequenza di risonanza quando l'impedenza del circuito è al minimo in un circuito in serie o al massimo in un circuito in parallelo. La risonanza nei circuiti viene utilizzata per trasmettere e ricevere comunicazioni wireless come comunicazioni televisive, cellulari o radio.

Risonanza ottica

Una cavità ottica, chiamata anche cavità ottica, è una disposizione speciale di specchi che si forma risonatore a onde stazionarie per onde luminose. Le cavità ottiche sono il componente principale dei laser che circondano il mezzo di amplificazione e forniscono un feedback della radiazione laser. Sono utilizzati anche negli oscillatori parametrici ottici e in alcuni interferometri.

La luce confinata in una cavità riproduce le onde stazionarie ripetutamente per determinate frequenze risonanti. I modelli di onde stazionarie risultanti sono chiamati "modi". Le modalità longitudinali differiscono solo per la frequenza, mentre le modalità trasversali differiscono per le diverse frequenze e hanno schemi di intensità diversi attraverso la sezione trasversale del fascio. I risonatori ad anello e le gallerie sussurranti sono esempi di risonatori ottici che non producono onde stazionarie.

Fluttuazioni orbitali

Nella meccanica spaziale, sorge una risposta orbitale, quando due corpi orbitanti esercitano un'influenza gravitazionale regolare e periodica l'uno sull'altro. Questo di solito è perché i loro periodi orbitali sono correlati dal rapporto di due piccoli numeri interi. Le risonanze orbitali migliorano notevolmente l'influenza gravitazionale reciproca dei corpi. Nella maggior parte dei casi, ciò si traduce in un'interazione instabile in cui i corpi si scambiano quantità di moto e spostamento fino a quando la risonanza non esiste più.

In alcune circostanze, il sistema risonante può essere stabile e auto-correttivo in modo che i corpi rimangano in risonanza. Esempi sono la risonanza 1:2:4 delle lune di Giove Ganimede, Europa e Io, e la risonanza 2:3 tra Plutone e Nettuno. Risonanze instabili con le lune interne di Saturno creano delle lacune negli anelli di Saturno. Un caso speciale di risonanza 1:1 (tra corpi con raggi orbitali simili) fa sì che i grandi corpi del Sistema Solare ripuliscano il quartiere attorno alle loro orbite, spingendo fuori quasi tutto il resto intorno a loro.

Atomico, parziale e molecolare

Risonanza magnetica nucleare (NMR)è il nome dato al fenomeno fisico risonante associato all'osservazione di specifiche proprietà magnetiche quantomeccaniche di un nucleo atomico se è presente un campo magnetico esterno. Molti metodi scientifici utilizzano i fenomeni NMR per studiare la fisica molecolare, i cristalli ei materiali non cristallini. L'NMR è anche comunemente usato nelle moderne tecniche di imaging medico come la risonanza magnetica (MRI).

I vantaggi e i danni della risonanza

Per trarre una conclusione sui pro e contro della risonanza, è necessario considerare in quali casi può manifestarsi in modo più attivo e evidente per l'attività umana.

Effetto positivo

Il fenomeno della risposta è ampiamente utilizzato nella scienza e nella tecnologia.. Ad esempio, il funzionamento di molti circuiti e dispositivi di ingegneria radiofonica si basa su questo fenomeno.

impatto negativo

Tuttavia, il fenomeno non è sempre utile.. Spesso puoi trovare riferimenti a casi in cui i ponti sospesi si sono rotti quando i soldati li hanno calpestati "al passo". Allo stesso tempo, si riferiscono alla manifestazione dell'effetto di risonanza dell'impatto della risonanza e la lotta contro di essa diventa su larga scala.

Risonanza di combattimento

Ma nonostante le conseguenze a volte disastrose dell'effetto di risposta, è del tutto possibile e necessario combatterlo. Per evitare il verificarsi indesiderato di questo fenomeno, viene solitamente utilizzato due modi per applicare la risonanza e gestirla simultaneamente:

1. C'è una "separazione" delle frequenze, che, in caso di coincidenza, porterà a conseguenze indesiderabili. Per fare ciò, aumentare l'attrito di vari meccanismi o modificare la frequenza naturale del sistema.
2. Aumentano lo smorzamento delle vibrazioni, ad esempio mettono il motore su un rivestimento in gomma o molle.

Impatto esterno ad alcuni valori (frequenze di risonanza) determinati dalle proprietà del sistema. L'amplificazione è giusta conseguenza risonanza, e causa- coincidenza della frequenza esterna (eccitante) con la frequenza interna (naturale) del sistema oscillatorio. Con l'aiuto del fenomeno della risonanza si possono isolare e/o potenziare oscillazioni periodiche anche molto deboli. La risonanza è un fenomeno per cui, ad una certa frequenza della forza motrice, il sistema oscillatorio è particolarmente sensibile all'azione di questa forza. Il grado di reattività nella teoria dell'oscillazione è descritto da una quantità chiamata fattore di qualità. Il fenomeno della risonanza fu descritto per la prima volta da Galileo Galilei nel 1602 in opere dedicate allo studio dei pendoli e delle corde musicali.

Meccanica

Il sistema risonante meccanico più noto alla maggior parte delle persone è un normale swing. Se spingi l'oscillazione in base alla sua frequenza di risonanza, la gamma di movimento aumenterà, altrimenti il ​​movimento si estinguerà. La frequenza di risonanza di un tale pendolo con sufficiente precisione nell'intervallo di piccoli spostamenti dallo stato di equilibrio può essere trovata dalla formula:

,

Il meccanismo di risonanza è che il campo magnetico dell'induttore genera una corrente elettrica che carica il condensatore e la scarica del condensatore crea un campo magnetico nell'induttore, un processo che si ripete molte volte, per analogia con un pendolo meccanico.

Assumendo che al momento della risonanza le componenti induttiva e capacitiva dell'impedenza siano uguali, la frequenza di risonanza può essere ricavata dall'espressione

,

dove ; f è la frequenza di risonanza in hertz; L è l'induttanza in Henry; C è la capacità in farad. È importante che nei sistemi reali il concetto di frequenza di risonanza sia indissolubilmente legato larghezza di banda, cioè la gamma di frequenza in cui la risposta del sistema differisce poco dalla risposta alla frequenza di risonanza. La larghezza di banda è determinata da fattore di qualità del sistema.

microonde

Nell'elettronica a microonde sono ampiamente utilizzati i risonatori a cavità, il più delle volte di geometria cilindrica o toroidale con dimensioni dell'ordine della lunghezza d'onda, in cui sono possibili oscillazioni di alta qualità del campo elettromagnetico a frequenze individuali determinate dalle condizioni al contorno. I risuonatori superconduttori, le cui pareti sono costituite da un superconduttore, e i risuonatori dielettrici con modalità a galleria sussurrante hanno il fattore di qualità più elevato.

Ottica

Acustica

La risonanza è uno dei processi fisici più importanti utilizzati nella progettazione di dispositivi sonori, la maggior parte dei quali contiene risonatori, come le corde e il corpo di un violino, la canna di un flauto e il corpo di una batteria.

Astrofisica

La risonanza orbitale nella meccanica celeste è una situazione in cui due (o più) corpi celesti hanno periodi orbitali correlati come piccoli numeri naturali. Di conseguenza, questi corpi celesti esercitano un'influenza gravitazionale regolare l'uno sull'altro, che può stabilizzare le loro orbite.

Metodo risonante di distruzione del ghiaccio

È noto che quando un carico si sposta lungo la copertura di ghiaccio, si sviluppa un sistema di onde di gravità flessionale (IGW). Questa è una combinazione delle vibrazioni di flessione di una lastra di ghiaccio e delle onde gravitazionali associate nell'acqua. Quando la velocità di caricamento è vicina alla velocità di fase minima dell'IGW, l'acqua smette di sostenere la copertura di ghiaccio e il supporto è fornito solo dalle proprietà elastiche del ghiaccio. L'ampiezza dell'IGW aumenta notevolmente e, con un carico sufficiente, inizia la distruzione. Il consumo di energia è parecchie volte inferiore (a seconda dello spessore del ghiaccio) rispetto ai rompighiaccio e agli accessori rompighiaccio. Questo metodo di distruzione del ghiaccio è noto come metodo risonante di distruzione del ghiaccio Lo scienziato Viktor Mikhailovich Kozin ha ottenuto curve teoriche sperimentali che mostrano le possibilità del suo metodo.

Appunti

Guarda anche

Letteratura

• Richardson LF(1922), Previsioni meteorologiche mediante processo numerico, Cambridge.
• Bretherton FP(1964), Interazioni risonanti tra onde. J. Meccanismo fluido., 20, 457-472.
• Blombergen N. Ottica non lineare, M.: Mir, 1965. - 424 p.
• Zacharov V. E.(1974), Formalismo hamiltoniano per onde in mezzi non lineari con dispersione, Izv. università dell'URSS. Radiofisica, 17(4), 431-453.
• Arnold VI Perdita di stabilità delle auto-oscillazioni vicino alle risonanze, Onde non lineari, Ed. A. V. Gaponov-Sins. - M.: Nauka, 1979. S. 116-131.
• Kaup PJ, Reiman A e Bers A(1979), Evoluzione spazio-temporale di interazioni non lineari a tre onde. Interazioni in un mezzo omogeneo, Rev. di fisica moderna, 51 (2), 275-309.
• Haken H(1983), Sinergetica avanzata. Gerarchie di instabilità di sistemi e dispositivi auto-organizzati, Berlino, Springer-Verlag.
• Phillips O.M. Interazione delle onde. Evoluzione delle idee, Idrodinamica moderna. Successi e problemi. - M.: Mir, 1984. - S. 297-314.
• Zhuravlev V.F., Klimov D.M. Metodi applicati nella teoria delle oscillazioni. - M.: Nauka, 1988.
• Sukhorukov A.P. Interazioni di onde non lineari in ottica e radiofisica. - M.: Nauka, 1988. - 232 pag.
• Bruno A.D. Problema limitato a tre corpi. - M.: Nauka, 1990.

Collegamenti

• Dimostrazione del fenomeno della risonanza sull'esempio delle oscillazioni forzate di un pendolo a molla

Fondazione Wikimedia. 2010.

Sinonimi:

Guarda cos'è "Risonanza" in altri dizionari:

- (risonanza francese, dal latino resono suono in risposta, rispondo), una risposta selettiva (selettiva) relativamente ampia di un sistema oscillatorio (oscillatore) a un periodico. impatto con una frequenza prossima alla propria. fluttuazioni. Con R. ... ... Enciclopedia fisica

- (fr., dal lat. risuonare per farsi udire). In acustica: condizioni per la completa propagazione del suono. Una tavola usata per amplificare la sonorità delle corde negli strumenti musicali. Dizionario di parole straniere incluso nella lingua russa. Chudinov AN, 1910. ... ... Dizionario di parole straniere della lingua russa

Risonanza- Risonanza: curve risonanti di oscillatori lineari a diversi fattori di qualità Q(Q3>Q2>Q1), x intensità di oscillazione; b dipendenza della fase dalla frequenza alla risonanza. RISONANZA (risonanza francese, dal latino resono rispondo), acuta ... ... Dizionario enciclopedico illustrato

RISONANZA, risonanza, pl. nessun marito. (dal lat. risuona dando un'eco). 1. Suono reciproco di uno dei due corpi accordati all'unisono (fisico). 2. La capacità di aumentare la forza e la durata del suono inerente alle stanze, alla superficie interna ... ... Dizionario esplicativo di Ushakov

Echo, resonon, mesomerismo, risposta, adrone, particella, eco Dizionario dei sinonimi russi. risonanza, vedi risposta Dizionario dei sinonimi della lingua russa. Guida pratica. M.: Lingua russa. Z. E. Alexandrova. 2… Dizionario dei sinonimi

MBOU Lokotskaya scuola secondaria n. 1 intitolata. PA Markova

Argomento di ricerca:

"Risonanza nella natura e nella tecnologia"

Soddisfatto:

Studente di 10a elementare

Kostyukov Sergey

Consulente scientifico:

Insegnante di fisica

Golovneva Irina

Aleksandrovna

"Inizia nella scienza"

Gomito 2013

Cos'è la risonanza?

Danno e beneficio della risonanza.

Esempi di risonanza.

Storia della scoperta.

risonanza elettrica.

Applicazione della risonanza elettrica.

Risonanza in meccanica, ingegneria elettrica, microonde,

acustica, ottica e astrofisica.

Lo scopo del progettoè lo studio del fenomeno della risonanza.

La rilevanza del progetto.

Il fenomeno della risonanza è di grande importanza per quasi tutti i rami applicati dell'ingegneria elettrica ed è molto attivamente utilizzato nell'ingegneria radiofonica, nell'acustica applicata, nell'ingegneria elettrica, nell'elettronica e in altri settori.

Per raggiungere l'obiettivo sono stati fissati i seguenti compiti:

Analizzare la letteratura specializzata su questo argomento.

Esplora la storia della risonanza.

Per rivelare l'essenza del fenomeno della risonanza.

Mostra l'uso del fenomeno della risonanza in vari rami della tecnologia.

Parte teorica.

Risonanza- il fenomeno di un forte aumento dell'ampiezza delle oscillazioni forzate, che si verifica quando la frequenza dell'azione esterna si avvicina a determinati valori (frequenze di risonanza),

determinata dalle proprietà del sistema.

Un aumento dell'ampiezza è solo una conseguenza della risonanza e il motivo è la coincidenza della frequenza esterna (eccitante) con la frequenza interna (naturale) del sistema oscillatorio.

Con l'aiuto del fenomeno della risonanza si possono isolare e amplificare anche oscillazioni periodiche molto deboli.

La risonanza è il fenomeno per cui, ad una certa frequenza della forza motrice, il sistema oscillatorio è particolarmente sensibile all'azione di questa forza. Il grado di reattività nella teoria dell'oscillazione è descritto da una quantità chiamata fattore di qualità.

Utilizzo:

Sciogliere il latte in polvere in acqua.

Risonatori in strumenti musicali.

Risonanza magnetica del corpo.

Altalena oscillante.

Scuotere la lingua del campanello.

Serrature e chiavi risonanti.

Danno:

Distruzione di strutture.

Rottura del filo.

Spruzzi d'acqua da un secchio.

Oscillazione della vettura agli incroci delle rotaie.

Vibrazioni nelle tubazioni.

Far oscillare un carico su una gru.

La distruzione del ponte a causa del fatto che stava marciando.

Risonanza del ponte sotto l'azione di shock periodici quando il treno passa attraverso i giunti ferroviari.

Alcune circostanze recenti hanno permesso di percepire le esplosioni rocciose come un modello di laboratorio di terremoti naturali. Cioè, supporre che anche i terremoti naturali abbiano un'origine risonante.

Ci sono casi in cui intere navi sono entrate in risonanza a un certo numero di giri dell'albero dell'elica.

Il fenomeno della risonanza fu descritto per la prima volta da Galileo Galilei nel 1602 in opere dedicate allo studio dei pendoli e delle corde musicali.

Applicazione del fenomeno della risonanza elettrica nella tecnologia.

Se la frequenza ω della forza esterna si avvicina alla frequenza naturale ω0, si ha un forte aumento dell'ampiezza delle oscillazioni forzate. Questo fenomeno è chiamato risonanza. La dipendenza dell'ampiezza xm delle oscillazioni forzate dalla frequenza ω della forza motrice è chiamata caratteristica risonante o curva risonante (Fig. 2).

Alla risonanza, l'ampiezza xm dell'oscillazione del carico può essere molte volte maggiore dell'ampiezza ym dell'oscillazione dell'estremità libera (sinistra) della molla causata da un'influenza esterna. In assenza di attrito, l'ampiezza delle oscillazioni forzate alla risonanza dovrebbe aumentare indefinitamente. In condizioni reali, l'ampiezza delle oscillazioni forzate stazionarie è determinata dalla condizione: il lavoro di una forza esterna durante il periodo delle oscillazioni deve essere uguale alla perdita di energia meccanica nello stesso tempo dovuta all'attrito. Minore è l'attrito (cioè, maggiore è il fattore di qualità Q del sistema oscillatorio), maggiore è l'ampiezza delle oscillazioni forzate alla risonanza.

Per sistemi oscillatori con fattore di qualità non elevatissimo (

Il fenomeno della risonanza può causare la distruzione di ponti, edifici e altre strutture, se le frequenze naturali delle loro oscillazioni coincidono con la frequenza di una forza che agisce periodicamente, che si è generata, ad esempio, a causa della rotazione di un motore sbilanciato.

Figura 2.

Curve di risonanza a diversi livelli di smorzamento: 1 – sistema oscillatorio senza attrito; alla risonanza, l'ampiezza xm delle oscillazioni forzate aumenta indefinitamente; 2, 3, 4 - curve risonanti reali per sistemi oscillatori con diversi fattori di qualità: Q2 Q3 Q4. Alle basse frequenze (ω ω0) xm → 0.

risonanza elettrica.

Il fenomeno dell'aumento dell'ampiezza delle oscillazioni di corrente quando la frequenza di una sorgente esterna coincide con la frequenza naturale di un circuito elettrico è chiamato risonanza elettrica.

Il fenomeno della risonanza elettrica svolge un ruolo utile nel sintonizzare il radioricevitore sulla stazione radio desiderata, variando i valori di induttanza e capacità è possibile far coincidere la frequenza naturale del circuito oscillatorio con la frequenza di onde elettromagnetiche emesse da qualsiasi stazione radio. Di conseguenza, nel circuito appariranno piccoli risonanti. Questo sintonizzerà la radio sulla stazione desiderata.

Un'altra caratteristica della risonanza elettrica è la possibilità di utilizzarla in motori con magneti permanenti attivi. Poiché l'elettromagnete di controllo cambia periodicamente la polarità, ad es. alimentati a corrente alternata, gli elettromagneti possono essere inseriti nel circuito oscillatorio con una capacità.

La connessione degli elettromagneti può essere seriale, parallela o combinata e la capacità viene selezionata in base alla risonanza alla frequenza operativa del motore, mentre il valore medio della corrente attraverso gli elettromagneti sarà elevato e l'alimentazione di corrente esterna compenserà principalmente perdite attive. Apparentemente, questa modalità operativa sarà la più attraente dal punto di vista dell'efficienza e il motore in questo caso sarà chiamato stepper a risonanza magnetica.

Meccanica.

Il sistema risonante meccanico più noto alla maggior parte delle persone è il solito swing. Se spingi l'oscillazione in base alla sua frequenza di risonanza, la gamma di movimento aumenterà, altrimenti il ​​movimento si estinguerà.

I fenomeni di risonanza possono causare danni irreversibili in vari sistemi meccanici. Il funzionamento dei risuonatori meccanici si basa sulla conversione dell'energia potenziale in energia cinetica.

Corda.

Le corde di strumenti come il liuto, la chitarra, il violino o il pianoforte hanno una frequenza di risonanza fondamentale che è direttamente correlata alla lunghezza, alla massa e alla tensione della corda. Aumentando la tensione di una corda e diminuendone la massa (spessore) e la lunghezza aumenta la sua frequenza di risonanza. Tuttavia, le frequenze non sono vibrazioni armoniche, che vengono percepite come note musicali.

Elettronica.

Nei dispositivi elettronici, la risonanza si verifica ad una certa frequenza quando i componenti induttivi e capacitivi della reazione del sistema sono bilanciati, il che consente all'energia di circolare tra il campo magnetico dell'elemento induttivo e il campo elettrico del condensatore.

Il meccanismo di risonanza è che il campo magnetico dell'induttore genera una corrente elettrica che carica il condensatore e la scarica del condensatore crea un campo magnetico in

si ripete molte volte, per analogia con un pendolo meccanico.

Nell'elettronica a microonde sono ampiamente utilizzati i risonatori a cavità, il più delle volte di geometria cilindrica o toroidale con dimensioni dell'ordine della lunghezza d'onda, in cui sono possibili oscillazioni di alta qualità del campo elettromagnetico a frequenze individuali determinate dalle condizioni al contorno.

Ottica.

Nella gamma ottica, il tipo più comune di risonatore è il risonatore Fabry-Perot, formato da

una coppia di specchi tra i quali si stabilisce in risonanza un'onda stazionaria. Tipi di risonatori ottici tipo Fabry-Perot:

1. Piano - parallelo;

2. Concentrico (sferico);

3. Emisferico;

4. Confocale;

5. Convesso-concavo.

Acustica.

Fenomeni di risonanza possono essere osservati su vibrazioni meccaniche di qualsiasi frequenza, in particolare su vibrazioni sonore. Abbiamo un esempio di suono o risonanza acustica nel seguente esperimento.

Mettiamo uno accanto all'altro due diapason identici, ruotando l'uno verso l'altro i fori delle scatole su cui sono montati (Fig. 40). Le scatole sono necessarie perché amplificano il suono dei diapason. Ciò è dovuto alla risonanza tra il diapason e la colonna d'aria contenuta nella scatola; quindi le scatole sono chiamate risonatori o scatole risonanti. Spiegheremo più dettagliatamente il funzionamento di queste scatole di seguito, studiando la propagazione delle onde sonore nell'aria. Nell'esperimento che ora analizzeremo, il ruolo delle scatole è puramente ausiliario.

Riso. 40. Risonanza dei diapason

Colpiamo uno dei diapason e poi attutiamolo con le dita. Sentiremo il suono del secondo diapason.

Prendiamo due diversi diapason, cioè con altezze diverse, e ripetiamo l'esperimento. Ora ciascuno dei diapason non risponderà più al suono di un altro diapason.

Non è difficile spiegare questo risultato. Le vibrazioni di un diapason (1) agiscono attraverso l'aria con una certa forza sul secondo diapason (2), provocando oscillazioni forzate. Poiché il diapason 1 esegue un'oscillazione armonica, la forza che agisce sul diapason 2 cambierà secondo la legge dell'oscillazione armonica con la frequenza del diapason 1. Se la frequenza della forza è uguale alla frequenza naturale del diapason 2 , poi c'è la risonanza - il diapason 2 oscilla fortemente. Se la frequenza della forza è diversa, le oscillazioni forzate del diapason 2 saranno così deboli che non le sentiremo.

Poiché i diapason hanno uno smorzamento minimo, la loro risonanza è acuta (§ 14). Pertanto, già una piccola differenza tra le frequenze dei diapason porta al fatto che uno smette di rispondere alle oscillazioni dell'altro. Basta, ad esempio, incollare pezzi di plastilina o cera alle gambe di uno dei due diapason identici e i diapason saranno già stonati, non ci sarà risonanza.

Vediamo che tutti i fenomeni durante le vibrazioni forzate si verificano con i diapason allo stesso modo degli esperimenti con le vibrazioni forzate di un carico su una molla (§ 12).

Se un suono è una nota (vibrazione periodica), ma non un tono (vibrazione armonica), significa, come sappiamo, che è costituito dalla somma dei toni: il più basso (fondamentale) e gli armonici. Il diapason dovrebbe risuonare con un tale suono ogni volta che la frequenza del diapason coincide con la frequenza di una qualsiasi delle armoniche del suono. Un esperimento può essere fatto con una sirena semplificata e un diapason posizionando l'apertura del risonatore del diapason contro un flusso d'aria intermittente. Se la frequenza del diapason è , allora, come puoi facilmente vedere, risponderà al suono della sirena non solo a 300 interruzioni al secondo (risonanza al tono principale della sirena), ma anche a 150 interruzioni - risonanza al primo armonico della sirena e a 100 interruzioni - risonanza al secondo armonico, ecc.

Non è difficile riprodurre con le vibrazioni sonore un esperimento analogo all'esperimento con una serie di pendoli (§ 16). Per fare ciò, devi solo avere un set di risonatori del suono: diapason, corde, canne d'organo. Ovviamente, le corde di un pianoforte a coda o di un pianoforte formano proprio questo e, inoltre, un insieme molto ampio di sistemi oscillatori con diverse frequenze naturali. Se, dopo aver aperto il pianoforte e premuto il pedale, cantiamo una nota ad alta voce sulle corde, sentiremo come risponde lo strumento con un suono della stessa altezza e timbro simile. E qui la nostra voce crea una forza periodica nell'aria, agendo su tutte le corde. Tuttavia, solo quelli di loro rispondono che sono in risonanza con le vibrazioni armoniche - i toni principali e armonici che fanno parte della nota che abbiamo cantato.

Pertanto, gli esperimenti con la risonanza acustica possono anche servire come eccellenti illustrazioni della validità del teorema di Fourier.

La risonanza è uno dei processi fisici più importanti utilizzati nella progettazione di dispositivi sonori, la maggior parte dei quali contiene risonatori, come le corde e il corpo di un violino, il tubo di un flauto, il corpo di una batteria.

Gli infrasuoni ad alta intensità, che comportano la risonanza, a causa della coincidenza delle frequenze delle vibrazioni degli organi interni e degli infrasuoni, portano all'interruzione del lavoro di quasi tutti gli organi interni, la morte è possibile a causa di arresto cardiaco o rottura dei vasi sanguigni. Particolari precauzioni devono essere prese contro il verificarsi di vibrazioni sonore con le seguenti frequenze, perché la coincidenza di frequenze porta alla risonanza:

Frequenze naturali (risonanti) di alcune parti del corpo umano

20-30 Hz
risonanza di testa
40-100 Hz
risonanza oculare
0.5-13 Hz
risonanza dell'apparato vestibolare
4-6 Hz
risonanza del cuore
2-3 Hz
risonanza gastrica
2-4 Hz
risonanza intestinale
6-8 Hz
risonanza renale
2-5 Hz
risonanza della mano
5-7 Hz
provoca paura e panico

Astrofisica.

La risonanza orbitale nella meccanica celeste è una situazione in cui due (o più) corpi celesti hanno periodi orbitali correlati come piccoli numeri naturali. Di conseguenza, questi corpi celesti esercitano una gravitazionale regolare

influenzarsi reciprocamente, che possono stabilizzare le loro orbite.

Risposta del pubblico.

La risonanza pubblica è la reazione di molte persone (indignazione, eccitazione, risposte, ecc.) a determinate azioni (informazioni, comportamenti, dichiarazioni, ecc.) di qualcuno o qualcosa. La protesta pubblica può essere causata artificialmente attirando l'attenzione del pubblico su un particolare evento sociale o politico da parte dei media.

Inoltre, la risonanza pubblica viene utilizzata da alcuni gruppi per esercitare pressioni sulla magistratura, sulle autorità esecutive e legislative, sul governo, sulle organizzazioni pubbliche e sui partiti politici.

Conclusione.

Come risultato della creazione del progetto, ho svolto molto lavoro di ricerca finalizzato allo studio del fenomeno della risonanza: lavorare con la letteratura scientifica, guardare video, sondare gli studenti delle classi 10. Durante il lavoro, ho scoperto che il fenomeno della risonanza è un fenomeno fisico molto importante per l'uomo ed è utilizzato in molti rami della scienza e della tecnologia. Ma insieme ai benefici, la risonanza può anche causare danni.

Il progetto può essere utilizzato come materiale aggiuntivo durante lo studio dell'argomento "Risonanza" nei gradi 9 e 11.

Elenco della letteratura usata:

en.wikipedia.org

1. mirslovarei.com - cos'è la protesta pubblica (materiale dal dizionario politico)

4. M. Metodi applicati nella teoria delle oscillazioni. - M.: Nauka, 1988.

5. Libro di consultazione universale, S.Yu. Kurganov, NA Gyrdymova - M.: Eksmo, 2011.

Dal corso di studi a scuola e in istituto, molti hanno definito la risonanza come un fenomeno di aumento graduale o brusco dell'ampiezza delle vibrazioni di un determinato corpo quando ad esso viene applicata una forza esterna con una certa frequenza. Tuttavia, pochi possono rispondere alla domanda su cosa sia la risonanza con esempi pratici.

Definizione fisica e legame con gli oggetti

La risonanza, per definizione, può essere intesa come processo abbastanza semplice:

• c'è un corpo che è a riposo o vibra con una certa frequenza e ampiezza;
• su di esso agisce una forza esterna con una frequenza naturale;
• nel caso in cui la frequenza dell'azione esterna coincida con la frequenza naturale del corpo in esame, si ha un graduale o brusco aumento dell'ampiezza delle oscillazioni.

Tuttavia, in pratica, il fenomeno è considerato come un sistema molto più complesso. In particolare, il corpo può essere rappresentato non come un unico oggetto, ma come una struttura complessa. La risonanza si verifica quando la frequenza della forza esterna coincide con la cosiddetta frequenza vibrazionale effettiva totale del sistema.

La risonanza, se la consideriamo dal punto di vista di una definizione fisica, deve certamente portare alla distruzione dell'oggetto. Tuttavia, in pratica esiste un concetto di fattore di qualità di un sistema oscillatorio. A seconda del suo valore, risonanza può portare a vari effetti:

• con un basso fattore di qualità, il sistema non è in grado di trattenere in larga misura le vibrazioni provenienti dall'esterno. Pertanto, si verifica un graduale aumento dell'ampiezza delle oscillazioni naturali fino a un livello in cui la resistenza dei materiali o dei composti non porta a uno stato stabile;
• un fattore di qualità alto, vicino all'unità, è l'ambiente più pericoloso in cui la risonanza spesso porta a conseguenze irreversibili. Tra questi possono esserci sia la distruzione meccanica degli oggetti, sia il rilascio di una grande quantità di calore a livelli che possono portare all'accensione.

Inoltre, la risonanza si verifica non solo sotto l'azione di una forza esterna di natura oscillatoria. Il grado e la natura della reazione del sistema, in larga misura, è responsabile delle conseguenze dell'azione di forze dirette dall'esterno. Pertanto, la risonanza può verificarsi in una varietà di casi.

esempio da libro di testo

L'esempio più comune che descrive il fenomeno della risonanza è il caso in cui una compagnia di soldati ha camminato lungo un ponte e l'ha abbattuto. Da un punto di vista fisico, non c'è nulla di soprannaturale in questo fenomeno. Al passo, soldati ha causato esitazione, che coincideva con la frequenza vibrazionale effettiva naturale del sistema a ponte.

Molte persone hanno riso di questo esempio, considerando il fenomeno solo teoricamente possibile. Ma i progressi tecnologici hanno dimostrato la teoria.

Sulla rete c'è un video reale del comportamento di un ponte pedonale a New York, che ha oscillato costantemente con forza e quasi è crollato. L'autore della creazione, che conferma la teoria con una propria meccanica, quando la risonanza nasce dal movimento delle persone, anche caotico, è un architetto francese, l'autore del ponte sospeso del Viadotto di Millau, una struttura con le colonne portanti più alte.

L'ingegnere ha dovuto spendere molto tempo e denaro ridurre il fattore di qualità del sistema passerella a un livello accettabile e assicurarsi che non vi siano vibrazioni significative. L'esempio di lavoro su questo progetto è un'illustrazione di come gli effetti della risonanza possono essere frenati in sistemi di bassa qualità.

Esempi ripetuti da molti

Un altro esempio che partecipa anche alle battute è lo scricchiolio dei piatti dalle vibrazioni sonore, dalle lezioni di violino e persino dal canto. A differenza di una compagnia di soldati, questo esempio è stato ripetutamente osservato e persino testato in modo speciale. Infatti, la risonanza che si ha quando le frequenze coincidono porta allo sdoppiamento di piatti, bicchieri, tazze e altri utensili.

Questo è un esempio dello sviluppo del processo in un sistema con un fattore di qualità elevato. I materiali di cui sono fatti i piatti sono mezzi sufficientemente elastici, in cui le oscillazioni si propagano con un piccolo smorzamento. Il fattore di qualità di tali sistemi è molto alto e, sebbene la banda di frequenza sia piuttosto stretta, la risonanza porta ad un forte aumento dell'ampiezza, a seguito del quale il materiale viene distrutto.

Un esempio di forza costante

Un altro esempio in cui si è manifestato l'effetto distruttivo è il ponte sospeso di Tacoma crollato. Questo caso e il video del dondolio ondulatorio della struttura sono consigliati anche per la visione presso i dipartimenti di fisica delle università, come l'esempio più da manuale di un tale fenomeno di risonanza.

Il fallimento del vento di un ponte sospeso è un'illustrazione di come una forza relativamente costante provoca la risonanza . Succede quanto segue:

• una raffica di vento devia parte della struttura: una forza esterna contribuisce al verificarsi di vibrazioni;
• durante il movimento inverso della struttura, la resistenza dell'aria non è sufficiente per smorzare l'oscillazione o ridurne l'ampiezza;
• a causa dell'elasticità del sistema, inizia un nuovo movimento, che intensifica il vento, che continua a soffiare in una direzione.

Questo è un esempio del comportamento di un oggetto complesso, in cui la risonanza si sviluppa sullo sfondo di un fattore di alta qualità e di un'elasticità significativa, sotto l'azione di una forza costante in una direzione. Sfortunatamente, il ponte Tacoma non è l'unico esempio di crollo strutturale. I casi sono stati osservati e sono osservati in tutto il mondo, inclusa la Russia.

La risonanza può essere applicata anche in condizioni controllate e ben definite. Tra i tanti esempi si possono facilmente ricordare le antenne radio, anche quelle sviluppate da amatori. Qui si applica il principio della risonanza nell'assorbimento di energia Onda elettromagnetica. Ogni sistema è progettato per una banda di frequenza separata in cui è più efficace.

I dispositivi di risonanza magnetica utilizzano un diverso tipo di fenomeno: diverso assorbimento delle vibrazioni da parte delle cellule e delle strutture del corpo umano. Il processo di risonanza magnetica nucleare utilizza radiazioni di diverse frequenze. La risonanza che si verifica nei tessuti porta ad un facile riconoscimento di strutture specifiche. Modificando la frequenza, puoi esplorare determinate aree, risolvere vari problemi.

Risonanza. La sua applicazione

Risonanza in un circuito elettrico oscillatorio chiamato il fenomeno di un forte aumento dell'ampiezza delle oscillazioni forzate della forza della corrente quando la frequenza della tensione alternata esterna coincide con la frequenza naturale del circuito oscillatorio.

L'uso della risonanza in medicina

La risonanza magnetica, o il suo nome abbreviato MRI, è considerato uno dei metodi più affidabili di diagnostica delle radiazioni. L'ovvio vantaggio dell'utilizzo di questo metodo per controllare lo stato del corpo è che non si tratta di radiazioni ionizzanti e fornisce risultati abbastanza accurati nello studio dei sistemi muscolari e articolari del corpo, aiuta con un'alta probabilità a diagnosticare varie malattie di la colonna vertebrale e il sistema nervoso centrale.

Il processo di esame stesso è abbastanza semplice e assolutamente indolore: tutto ciò che senti è solo un forte rumore, ma le cuffie che il medico ti darà prima della procedura sono ben protette da esso. Ci sono solo due tipi di inconvenienti che non possono essere evitati. Innanzitutto, questo vale per quelle persone che hanno paura degli spazi confinati: il paziente diagnosticato si sdraia su un letto orizzontale e dei relè automatici lo spostano all'interno di un tubo stretto con un forte campo magnetico, dove rimane per circa 20 minuti. Durante la diagnosi, non dovresti muoverti in modo che i risultati siano il più accurati possibile. Il secondo inconveniente causato dalla risonanza magnetica nello studio della piccola pelvi è la necessità di una vescica piena.

Se i tuoi cari desiderano essere presenti durante la diagnosi, sono tenuti a firmare un documento informativo, secondo il quale conoscono le regole di comportamento in sala diagnostica e non hanno controindicazioni per la vicinanza a un forte campo magnetico. Uno dei motivi dell'impossibilità di trovarsi nella sala di controllo della risonanza magnetica è la presenza di componenti metallici estranei nel corpo.

L'uso della risonanza nelle comunicazioni radio

Il fenomeno della risonanza elettrica è ampiamente utilizzato nelle comunicazioni radio. Le onde radio provenienti da diverse stazioni trasmittenti eccitano correnti alternate di diverse frequenze nell'antenna del ricevitore radio, poiché ciascuna stazione radio trasmittente funziona alla propria frequenza. Un circuito oscillatorio è collegato induttivamente all'antenna (Fig. 4.20). A causa dell'induzione elettromagnetica, nella bobina dell'anello si verificano EMF alternati delle frequenze corrispondenti e oscillazioni forzate dell'intensità della corrente delle stesse frequenze. Ma solo alla risonanza, le oscillazioni dell'intensità della corrente nel circuito e della tensione in esso saranno significative, ad es., dalle oscillazioni di varie frequenze eccitate nell'antenna, il circuito seleziona solo quelle la cui frequenza è uguale alla propria frequenza. La sintonizzazione del circuito sulla frequenza desiderata viene solitamente eseguita modificando la capacità del condensatore. Questo di solito consiste nel sintonizzare la radio su una stazione radio specifica. La necessità di tenere conto della possibilità di risonanza nel circuito elettrico. In alcuni casi, la risonanza in un circuito elettrico può causare gravi danni. Se il circuito non è progettato per funzionare in condizioni di risonanza, il suo verificarsi può causare un incidente.

Correnti eccessivamente elevate possono surriscaldare i fili. Tensioni elevate portano alla rottura dell'isolamento.

Incidenti di questo tipo si verificavano spesso in tempi relativamente recenti, quando le leggi delle oscillazioni elettriche erano poco conosciute e non sapevano come calcolare correttamente i circuiti elettrici.

Con le oscillazioni elettromagnetiche forzate, è possibile la risonanza: un forte aumento dell'ampiezza delle oscillazioni di corrente e tensione quando la frequenza della tensione alternata esterna coincide con la frequenza di oscillazione naturale. Tutte le comunicazioni radio si basano sul fenomeno della risonanza.