Примеры применения резонанса: Более 20 важных примеров резонанса в повседневной жизни с пояснениями и часто задаваемыми вопросами —

Более 20 важных примеров резонанса в повседневной жизни с пояснениями и часто задаваемыми вопросами —

Что такое резонанс, объясните на примере?

Примеры резонанса в повседневной жизни | Практические примеры резонанса.

Были объяснены распространенные примеры резонанса в повседневной жизни, такие как резонанс из-за звука двигателя автомобиля, разбитие стекла, колебания подвесного моста из-за ветра, микроволновый резонансный нагрев, управление радиоканалом с использованием резонансной частоты, вибрация из-за громкой музыки и другие. .

• Звук двигателя: Дребезжащий звук двигателя автобуса или грузовика, который мы часто слышим, когда автобус не используется, является примером возникновения явления резонанса. Вибрации двигателя двигателя могут вызывать резонирующие волны в прилегающих конструкциях, когда частота вибрации двигателя сопоставима с частотой колебаний окружающих конструкций.
• Разбивание стекла: Разрушение бокала из-за высокого шума, относящегося к диапазону резонансных частот бокала. Это примеры акустического резонанса.
• Колебания подвесного моста: Ветер может усилить колебания подвесного моста, заставляя мост колебаться с частотой, равной его резонансной частоте. Сильный ветер может вызвать структурный резонанс в подвесном мосту, который может вызвать его катастрофическое обрушение.
• Качели может толкаться через равные промежутки времени, чтобы соответствовать его собственной резонансной частоте, чтобы привести его в колебательное движение с высокой амплитудой.
• Микроволновый резонансный нагрев: Явление резонанса также помогает быстро разогреть пищу в микроволновой печи. Микроволновая печь испускает микроволновое излучение определенной длины волны и частоты для приготовления пищи. Если частота излучения совпадает с резонансной частотой молекул пищи, молекулы начинают поглощать длины волн и начинают вибрировать, тем самым готовя и нагревая пищу.
• Управление радиоканалом с помощью резонанса: Функция ручки радио — изменить нормальную частоту приемника. Эта нормальная частота приемника согласована с частотой передачи радиостанции для возникновения передачи энергии. Эта передача энергии позволяет нам слышать звук выбранного канала.
• Вибрация из-за системы громкой музыки: Громкая музыкальная система может иногда вызывать вибрацию домашней мебели и стен. Это произошло, если естественная частота. мебели синхронизируются с резонансной частотой вибрации музыкальной системы.
• Механизм отсчета времени современных часов.
• Компания создание когерентного света оптическим резонансом в лазерных резонаторах. Это тоже обычные резонансные примеры.
• Приливный резонанс залива.
• Акустический резонанс примеры, найденные в различных музыкальных инструментах и ​​т. д.

Что такое резонанс и его практическое применение? | Что такое теория резонанса?

Определение резонанса:

Резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волна увеличивается, когда частота Периодически приложенная сила (или ее составляющая Фурье) становится сравнимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. В динамической системе, если мы прикладываем колебательную силу на резонансной частоте, мы можем наблюдать, что система начинает колебаться с амплитудой выше, чем результирующая амплитуда, когда нерезонансная частота испытывает ту же колебательную силу.

Слово «резонанс» произошло от латинских слов «резонанс» и «резонанс», что означало «эхо» и «отзвук» соответственно. Термин нашел свое применение в основном в области акустики, в основном из-за симпатического резонанса, который можно было наблюдать в музыкальных инструментах, таких как гитара, в которой одна струна начинает вибрировать и издавать звук после удара по другой струне.

Иногда частота резонанс или резонансная частота также относится к частоте, которая вызывает относительный максимум амплитуды отклика. Колебания большой амплитуды могут быть вызваны действием небольшой периодической силы, сравнимой с резонансной частотой системы, поскольку они обладают способностью накапливать энергию колебаний.

Какие бывают типы резонансных частот?

Различные типы резонансной частоты:

Явление резонанса может проявляться в различных вибрациях или волнах. Некоторые из наиболее заметных вибраций, в которых резонанс играет важную роль:

1. Механические колебания или волны (механический резонанс),
2. Акустические колебания или волны (акустический резонанс),
3. Электромагнитные колебания или волны (электромагнитный резонанс),
4. Ядерные магнитные колебания или волны (ядерный магнитный резонанс (ЯМР)),
5. Электронные спиновые колебания или волны (электронный спиновой резонанс (ЭПР)),
6. Резонанс квантовой волновой функции.

Определенной частоты можно достичь, используя резонансную систему для генерации колебаний. Такие приложения требуются в музыкальных инструментах или в фильтрах для выбора определенной частоты или небольшого диапазона частот из сложной вибрации, состоящей из ряда различных частот.

«RC-передатчик, управляемый Arduino» by Syvwlch под лицензией CC BY 2.0

Практические примеры вынужденных колебаний и резонанса

Давайте посмотрим на примеры различных типов физического резонанса:

Частота механического резонанса

Механический резонанс относится к явлению способности механической системы реагировать с повышенной амплитудой, когда частота ее колебаний будет соответствовать естественной частоте системы. вибрации (на его резонансной частоте или резонансной частоте), чем на некоторых других частотах, и это может привести к порочным колеблющимся движениям и, возможно, катастрофическим отказам в неадекватно построенных конструкциях, таких как мосты, здания и самолеты. Такие явления называются резонансными катастрофами.

Известно, что резонансный объект может иметь более одной резонансной частоты. Это означает, что на этих частотах объект с большей вероятностью будет легко вибрировать, а на других частотах — сравнительно меньше. Явление механического резонанса используется часами для отсчета времени путем согласования частот маятника, баланса или кристалла кварца.

Частота акустического резонанса

Акустический резонанс — это явление, при котором слуховая система способна усиливать звуковые волны, принадлежащие частоте, равной одной из собственных частот вибрации или частот резонанса. Акустический резонанс можно назвать узкой частью механического резонанса, принадлежащей диапазону частот человеческого слуха. Однако в более широком смысле акустика управляет колебательными волнами в веществе, поэтому акустический резонанс может иметь место на частотах, выходящих за пределы диапазона частот, принадлежащих слышимому диапазону людей.

Обычно видно, что акустически резонансный объект имеет более одной резонансной частоты. Это больше наблюдается на гармониках самого сильного акустического резонанса материала. Это означает, что на этих частотах объект с большей вероятностью будет легко вибрировать, а на других частотах — сравнительно меньше. Резонансный объект обычно выбирает или «выбирает» свою частоту резонанса из диапазона сложного возбуждения, например возбуждения импульсным шумом или возбуждения широкополосным шумом. Как следствие, объект отфильтровывает все оставшиеся частоты, которые не принадлежат его диапазону резонансных частот.

Подобно механическому резонансу, акустический резонанс также может приводить к колебательным движениям, возможно, из-за неисправности вибраторов. Очень распространенный пример резонанса, с которым мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, — это разбивание бокала из-за высокого шума, принадлежащего диапазону резонансных частот бокала.

«Резонатор» by Трэвис Айзекс под лицензией CC BY 2.0

Частота электромагнитного резонанса (ЭМИ)

Электромагнитный резонанс относится к явлению регулирования как напряженности магнитного поля, и частота излучения для обеспечения поглощения излучения. Этот эффект электромагнитного резонанса создается путем одновременного приложения стабильного магнитного поля и электромагнитного излучения (обычно в форме радиоволн) к образцу электронов.

Электронный магнитный резонанс (ЭМИ) считается междисциплинарной областью, охватывающей множество различных типов в физике, химии и биологии. Некоторыми формами электронного магнитного резонанса являются электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), электронный спиновый резонанс (ЭПР) и электронный циклотронный резонанс (ЭЦР). В ЭМИ внимание уделяется электронам, а не ядрам или ионам, как это наблюдается в ЯМР и ИЦР соответственно.

Частота ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) относится к физическому явлению, которое включает возмущение ядер в очень сильном непрерывном магнитном поле с помощью слабого осциллирующего магнитного поля и создание его реторты путем генерации электромагнитного сигнала, обладающего характеристической частотой магнитного поля, присутствующего в ядро. Это явление наблюдается в ближней резонансной области, где частоту колебаний можно сравнить с собственной частотой ядер. Этот процесс зависит от мощности статического магнитного поля, химических свойств окружающей среды / материала и свойств магнетизма, демонстрируемых используемым изотопом.

Для практических применений, которые включают статические магнитные поля в диапазоне до прибл. 20 тесла, наблюдаемая частота сопоставима с телевизионными передачами в диапазонах УКВ (очень высокая частота) и УВЧ (сверхвысокая частота) в диапазоне от 60 МГц до примерно 1000 МГц. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) возникает из-за определенных особых свойств магнетизма, демонстрируемых определенными атомными ядрами. Применение спектроскопии ядерного магнитного резонанса широко используется для определения расположения органических молекул в растворах и изучения молекулярной физики кристаллов, а также некоторых некристаллических объектов. Еще одно применение ядерного магнитного резонанса или ЯМР находится в области сложных медицинских методов визуализации, например, магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Частота электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)

Электронный парамагнитный резонанс или ЭПР, также известный как спектроскопия электронного парамагнитного резонанса ЭПР, относится к процессу исследования и анализа материалов, имеющих неспаренные электроны. Элементарные теории электронного парамагнитного резонанса или ЭПР эквивалентны концепциям ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Однако при этом возбуждаемые спины принадлежат электронам в качестве замены атомных ядер. Электронный парамагнитный резонанс или спектроскопия ЭПР в основном полезны для анализа комплексов металлов и органических радикалов.

Первое наблюдение электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) состоялось в Казанском государственном университете. Эксперимент был проведен известным советским физиком Евгением Завойским в 1944 году и был автономно разработан примерно в то же время Бребисом Блини в Оксфордском университете, Великобритания. Применение спектроскопии ЭПР или ЭПР присутствует во многих областях науки, в основном в биологии, химии и физике, и используется для обнаружения и идентификации свободных радикалов в твердом, жидком или газообразном состоянии материалов и в парамагнитных центрах, таких как F-центры. .

Преимущества резонанса

Разработаны преимущества и недостатки резонанса с надлежащим объяснением. Преимущество, такое как измерение неизвестных частот колеблющихся объектов, создание различных звуковых нот музыкальными инструментами, радио для настройки различных каналов, — это несколько хороших приложений. Явление резонанса иногда может привести к катастрофическим результатам, таких резонансов мало. примеры также объясняются научными объяснениями. Резонанс полезен по разным причинам, например:

1. Явление резонанса широко используется для измерения неизвестных частот колеблющихся объектов.
2.  Явление резонанса играет очень важную роль в создании различных звуковых нот музыкальными инструментами.
3. Явление резонанса широко используется в радио для настройки различных каналов.
4. Явление резонанса широко используется для анализа музыкальных нот.
5. Явление резонанса широко используется при приготовлении пищи в микроволновой печи.

Недостатки резонанса

Явление резонанса иногда может привести к плачевным результатам. Давайте посмотрим:

• Мы знаем, что солдат учат ходить вместе через равные промежутки времени. Таким образом, их походные шаги становятся периодическими с определенной периодичностью. При марше по узкому мосту, имеющему гибкую структуру, если частота марша отряда солдат случайно совпадает с резонансной частотой моста, последний может быть настроен на колебания большой амплитуды. Такой инцидент произошел в 12^th апреля 1831 года в Солфорде, Англия, где Бротонский подвесной мост рухнул, когда по нему маршировала труппа британских солдат. После этого инцидента британская армия приказала своим солдатам приостановить этот темп при переходе через мосты, чтобы избежать резонанса, вызванного их периодическим маршем, нарушающим мост.

• Замечено, что колебания двигателя двигателя могут вызывать резонирующие волны в прилегающих конструкциях, когда частота вибрации двигателя сравнима с частотой колебаний окружающих конструкций. Дребезжащий звук двигателя автобуса или грузовика, который мы часто слышим, когда автобус не используется, является примером возникновения такого явления.

• Сильный ветер может вызвать структурный резонанс в подвесном мосту, который может вызвать его катастрофическое обрушение. В ветровая энергия может усиливать колебания, если заставляет мост колебаться с частотой, равной его резонансной частоте. Это явление наблюдается на многочисленных висячих мостах в Европе и США. Эти подвесные мосты разрушились из-за структурного резонанса, вызванного умеренными ветрами. Другой важный пример — обрушение моста Tacoma Narrows Bridge 7 ноября 1940 года. Однако ученый Роберт Х. Сканлан вместе с некоторыми другими членами его команды утверждал, что возникновение таких обрушений моста было вызвано аэроупругим флаттером. Аэроупругий флаттер определяется как сложное взаимодействие между попутным ветром и конструкциями моста. Это можно назвать разновидностью автоколебаний или «самоподдерживающейся вибрацией» в области нелинейной теории колебаний.

«Такома, Вашингтон, Такома-Нарроуз-Бридж, 7 ноября 1940 г.» by фотолибрарий под лицензией CC BY-NC-ND 2. 0Раскачивание человека на качелях — типичный пример резонанса. Нагруженное колебание, маятник, имеет собственную частоту колебаний, свою резонансную частоту, и сопротивляется толканию с большей или меньшей скоростью.
Кредит изображения: Луис Карлос, Маленькая девочка на качелях, CC BY 2.0

Часто задаваемые вопросы о резонансе

В 1. Является ли эхо примером резонанса? | В чем разница между резонансным эхом и реверберацией ?

Нет, резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается когда частота периодически приложенной силы (или ее фурье-компоненты) становится сравнимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. Принимая во внимание, что эхо относится к отражению звуковой волны (когда она попадает в твердый объект), которое достигает слушателя с небольшим отставанием или задержкой после исходного звука.

В 2. Является ли реверберация примером резонанса?

Нет, резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается когда частота периодически приложенной силы (или ее фурье-компоненты) становится сравнимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. Принимая во внимание, что реверберация относится к возникновению множественных звуковых отражений, которые создают продолжительный эффект звука. Это часто называют множественными эхо-сигналами, возникающими вместе.

В 3. Что такое амплитудный резонанс?

Примеры амплитудного резонанса относятся к явлению, когда на определенной частоте заданного синусоидального возбуждения система генерирует максимальную амплитуду колебаний.

В 4. Является ли резонанс разновидностью помех?

Да, все формы вибрационных резонансов возникают в результате конструктивного и разрушительное вмешательство. На резонансных частотах резонирующие структуры подвергаются конструктивным интерференциям, образуя стоячие волны с большей амплитудой. Принимая во внимание, что на всех других частотах, кроме резонансных частот, происходит деструктивная интерференция и волны стать отсутствующим. Таким образом, резонансные примеры являются типом интерференции.

В 5. Как качели являются примером резонанса?

Качели можно толкать с регулярными интервалами, чтобы соответствовать его собственной резонансной частоте, чтобы привести его в колебательное движение с высокой амплитудой. Сильный ветер может вызвать структурный резонанс в подвесном мосту, который может вызвать его катастрофическое обрушение.

Резонанс — друг и враг

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний системы, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к определенным значениям (резонансных частот), обусловленным свойствами системы. Таким образом, причиной резонанса является совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы.

Резонанс встречается в механике, электронике, оптике, акустике, астрофизике.

Явление резонанса лежит в основе проектирования музыкальных инструментов: рояля, скрипки, флейты …

Используется явление резонанса и в электронике. Колебательный контур, состоящий из емкости и индуктивности, используется в элементах настройки и электрических фильтрах. Однако резонанс может быть и вредным, если он вызывает искажение сигнала или паразитные шумы.

Наблюдается резонанс и в космосе, когда два небесных тела, которые имеют периоды обращения, относящихся друг с другом как небольшие целые числа, делают регулярное гравитационное воздействие друг на друга, которое может стабилизировать их орбиты (орбитальный резонанс в небесной механике).

Однако наиболее часто резонанс бывает в классической и строительной механике, а также гидро- и аэромеханике. И, к ​​сожалению, во многих случаях именно тогда, когда он совершенно нежелателен.

… Известно, что военным подразделениям при прохождении мостов приписывается «сбивать ногу» и идти не строевым, а свободным шагом. Горький опыт некоторых катастроф научил военнослужащих в подобных ситуациях отходить от многовековых традиций.

Так, 12 апреля 1831 разрушился Бротонский подвесной мост через реку Ирвелл в Англии, когда по нему шел военный отряд. Частота шагов воинов, шагавших в ногу, совпала с частотой собственных колебаний моста, через которые амплитуда резко возросла, цепи оборвались, и мост рухнул в реку. Именно этот случай, в результате которого два десятка человек были травмированы, способствовал принятию в британской армии правила «идти не в ногу» при прохождении войсками мостов. По той же причине в 1850 году неподалеку от французского города Анже был разрушен подвесной цепной мост над рекой Мин длиной более ста метров, что привело к многочисленным жертвам. Также существует версия, что 1905 году в результате прохождения кавалерийского эскадрона через резонанс разрушился и Египетский мост через реку Фонтанку в Петербурге. Однако эта версия, скорее всего, безосновательна, поскольку не существует методов дрессировки значительного количества лошадей для их движения «в ногу».

Причиной разрушения мостов из-за резонанса могут стать не только пешеходы, но и железнодорожные поезда. Для исключения резонанса моста поезд может двигаться или медленно, или на максимальной скорости (вспомните, как замедляют ход поезда метрополитена во время их движения через мост Метро в Киеве). Это обычно делается для исключения совпадения частоты ударов колес по стыкам рельсов с собственной частотой колебаний моста (по этой же причине участок рельсов на мосту часто выполняют сплошной, т.е. без стыков).

Катастрофические последствия для мостов могут послужить также и от воздействия ветра. Так, 7 ноября 1940 через игнорирование действия ветровой нагрузки на мост при его проектировании и вследствие возникновения резонанса разрушился Такомский подвесной мост общей длиной 1800 м и длиной центрального пролета 850 м (США).

С резонансом можно столкнуться не только на суше, но и на море и в воздухе. Так, при некоторых частотах вращения гребного вала в резонанс входили даже корабли. А на заре развития авиации некоторые авиационные двигатели вызывали столь сильные резонансные колебания элементов самолета, что он полностью разрушался в воздухе.

Причиной резонанса элементов летательных аппаратов и их разрушение может стать и флаттер — сочетание самовозбуждающиеся незатухающих изгибающих и крутильных автоколебаний элементов конструкции (главным образом крыла самолета или несущего винта вертолета). Одним из путей борьбы с этим явлением является использование так называемых протифлатерных грузов.

Интересно, что крепления двигателей на пилонах крыльев самолетов — это не прихоть конструкторов и дизайнеров, а насущная необходимость, поскольку двигатели демпфирующие колебания крыла в полете воздушного судна, будучи при этом своеобразным протифлатерним грузом.

Также известны случаи, когда во время выступлений знаменитого русского певца Федора Ивановича Шаляпина часто лопались плафоны в люстрах. И происходило это опять же через резонанс, когда частота собственных колебаний стекла совпадала с частотой акустических волн, воспроизводимых певцом.

Еще более интересным фактом является то, что во время Великой Отечественной войны все тот же резонанс едва не поставил под угрозу существование единой ниточки, проходившей по льду Ладожского озера и связывала блокадный Ленинград с «большой землей».

… Во время наведения участка Дороги жизни по Ладожскому озеру защитники Ленинграда неожиданно столкнулись с необычным явлением, когда после нормального прохождения по льду тяжелого грузовика, легкая машина, которая шла по тому же пути, нередко проваливалась под лед.

Перед учеными была поставлена ​​задача срочно разобраться с ситуацией, сложившейся и предоставить рекомендации по преодоления автомобилями ледяного покрова. В южной части Ладожского озера, под артиллерийским и минометным огнем врага гидрограф и гидротехники проводили эксперименты по определению предельных нагрузок на лед. Все выводы ученых поступали в Ледовую службу Морской обсерватории. Было изучено деформационную устойчивость льда под статической нагрузкой и данные про упругие деформации льда при распространении по льду взрывной волны. При проведении автоколонн по Ладоге наблюдались и неизвестные ранее колебания ледяного покрова: водяной волна, образовавшаяся под льдом проседала, двигалась с постоянной для определенной толщины льда и глубины водоема скоростью. Она могла опережать приложенную нагрузку или отставать от нее, но опасным было совпадения этих скоростей — тогда вода прекращала поддержку ледяного покрова, и поддержка обеспечивалась только упругими свойствами льда. При этом наступал резонанс, что приводило к разрушению льда. Это проявление резонанса было названо изгибно-гравитационной волной.

По результатам исследований для автомобилей, которые двигались по льду, были установлены определенные скорости и дистанции. Ежедневно по ледяному покрову в обе стороны перевозилось около 6 тыс. Тонн грузов, а общее количество доставленных в Ленинград по Дороге жизни грузов за весь период ее существования составила более 1 млн 615 тыс. Тонн. Также за это же время с осажденного города было эвакуировано около 1 млн 376 тыс. Его жителей.

С учетом приобретенного опыта позже был разработан резонансный метод разрушения льда, энергоемкость которого в несколько раз меньше энергоемкости традиционного разрушения ледяного покрова с помощью ледоколов и ледокольного навесного оборудования.

Как видим, резонанс может быть достаточно коварным, но укротить его и вернуть на пользу человеку вполне по силам!

9 повседневных примеров резонанса – StudiousGuy

Вы когда-нибудь задумывались, как Радио выбирает определенные частоты, чтобы вы могли включить свой любимый канал, или почему на концерте оркестра разбивается стекло? Вы когда-нибудь чувствовали, как мост вибрирует, когда вы идете по нему? Как вы думаете, почему вы сталкиваетесь с такими ситуациями? Ответ кроется в явлении резонанса.

Резонанс — это явление, при котором внешняя сила и вибрирующая система заставляют другую систему вокруг себя вибрировать с большей амплитудой на заданной рабочей частоте. Частота, при которой второе тело начинает колебаться или вибрировать с большей амплитудой, называется резонансной частотой тела.

Давайте посмотрим на примеры резонансов, которые происходят в нашей повседневной жизни.

1. Качели

Качели на детской площадке — один из известных примеров резонанса. Когда мы толкаем качели, они начинают двигаться вперед и назад. Если дать качелю серию регулярных толчков, то можно построить ее движение. Человек, толкающий струну, должен соответствовать времени замаха. Толкатель должен синхронизироваться со временем замаха. Это заставляет движение качелей иметь увеличенную амплитуду, чтобы достичь большего. Как только качели достигают своей естественной частоты колебаний, легкое нажатие на качели помогает сохранить их амплитуду за счет резонанса. Мы называем это синхронное движение «резонансом». Но если толчок дается неравномерно, качели почти не будут вибрировать, и это несинхронное движение никогда не приведет к резонансу, и качели не поднимутся выше.

2. Гитара

Гитара производит звук исключительно за счет вибрации. В акустической гитаре, когда вы дергаете струну, она вибрирует и передает звуковую энергию в полый деревянный корпус гитары, заставляя его (и воздух внутри) резонировать и усиливая звук (делая его значительно громче).

В то время как в электрогитаре, когда музыкант ударяет по струне, она колеблется, и электромагнитное устройство в гитаре превращает эти колебания в электрический сигнал, который подается на усилитель. Усилитель посылает колебания на динамик. Если частота динамиков соответствует вибрации гитары, это приводит к звуку, который называется звуковой обратной связью.

3. Маятник

Маятник работает по тому же принципу, что и качели. Если мы толкнем маятник, он будет двигаться вперед и назад. Непрерывное нажатие через равные промежутки времени вызовет увеличение движения маятника. Если на маятник давать регулярные толчки, его движение может быть построено огромным образом.

4. Певица, разбивающая бокал для вина

Вы когда-нибудь видели или слышали о разбивании бокала в оркестре? Если да, то это все из-за явления резонанса. Собственная частота стекла или любого другого объекта определяется его формой и составом. Если голос певца попадет на резонансную частоту фужера, произойдет передача энергии. Однако полная передача энергии может привести к разрушению стекла.

5. Мост

Группу солдат во время марша по мосту очень часто просят сломать ступеньки. Их ритмичный марш может вызвать экстремальные вибрации на собственной частоте моста. Если их синхронизированные шаги резонируют с собственной частотой моста, мост может развалиться. Таким образом, при проектировании таких конструкций инженеры следят за тем, чтобы резонансные частоты компонентов отличались от частот других колеблющихся компонентов. Самым большим примером того же является Обрушение моста в Такоме , в котором частота воздуха совпала с частотой моста, что привело к его обрушению.

6. Музыкальная система, играющая в высоком ритме

Вы когда-нибудь замечали, что стены и мебель вашего дома вибрируют, когда вы включаете музыку в высоком ритме? Это связано с тем, что собственная частота мебели резонирует с частотой звука музыки и, следовательно, заставляет их вибрировать.

7. Пение в душе

Люди, которые не очень хорошо поют, звучат намного лучше, когда поют в душе, потому что издаваемые чистые ноты резонируют в душевой кабине. Ванная комната — закрытое пространство и местами маленькое; когда вы поете, звуковые волны чаще ударяются о стены, заставляя стену вибрировать, поскольку стены параллельны друг другу. Отраженные звуки ударяются друг о друга, тем самым заставляя стену вибрировать с вашей собственной частотой, и передается более громкий звук.

8. Радио

Когда мы поворачиваем ручку радио на наш любимый канал, мы меняем собственную частоту приемника. При этом собственная частота приемника совпадает с частотой передачи радиостанции. При совпадении двух частот происходит передача энергии и мы слушаем выбранный канал.

9. Микроволновая печь

Благодаря резонансу пища быстро нагревается в микроволновой печи. Излучения, излучаемые микроволновой печью, имеют определенную длину волны и частоту. И, как и все другие объекты, молекулы воды и жира также имеют резонансную частоту. На определенной частоте молекулы поглощают длины волн и начинают вибрировать, вызывая приготовление и нагревание пищи.

Критические 20+ примеров резонанса в повседневной жизни с пояснениями, часто задаваемыми вопросами —

Что такое резонанс объясните на примере ?

Резонанс Примеры из повседневной жизни | Практические примеры резонанса.

Общие примеры резонанса в повседневной жизни, такие как резонанс из-за звука двигателя автомобиля, разбитие стекла, колебания подвесного моста из-за ветра, микроволновый резонансный нагрев, управление радиоканалом с использованием резонансной частоты, вибрация из-за громкой музыки и другое было объяснено.

• Звук двигателя : Дребезжащий звук двигателя автобуса или грузовика, который мы часто слышим, когда автобус не работает, является примером возникновения явления резонанса. Колебания двигателя могут вызывать резонирующие волны в прилегающих конструкциях, когда частота вибрации двигателя сравнима с частотой колебаний окружающих конструкций.
• Разбивание стекла : Разбивание винного бокала высоким звуком, относящимся к резонансному частотному диапазону стекла. Это примеры акустического резонанса.
• Колебания подвесного моста : Ветер может усиливать колебания подвесного моста, заставляя мост колебаться с частотой, равной его резонансной частоте. Сильный ветер может вызвать структурный резонанс подвесного моста, что может привести к его катастрофическому обрушению.
• Качели можно толкать через равные промежутки времени, чтобы они соответствовали его естественной резонансной частоте, чтобы привести его в колебательное движение с высокой амплитудой.
• Микроволновый резонансный нагрев : Явление резонанса также помогает быстро разогревать пищу в микроволновой печи. Микроволновая печь излучает микроволновое излучение определенной длины волны и частоты для приготовления пищи. Если частота излучения совпадает с резонансной частотой молекул пищи, то молекулы начинают поглощать длины волн и начинают вибрировать, тем самым готовя и нагревая пищу.
• Управление радиоканалом с использованием резонанса: Функция ручки радиоприемника заключается в изменении нормальной частоты приемника. Эта нормальная частота приемника согласовывается с частотой передачи радиостанции для осуществления передачи энергии. Эта передача энергии затем позволяет нам слышать звук выбранного канала.
• Вибрация из-за громкой музыкальной системы : Громкая музыкальная система может иногда вызывать вибрацию домашней мебели и стен. Это произошло, если естественная частота. мебели синхронизируются с резонансной частотой вибрации музыкальной системы.
• Хронометрический механизм современных часов.
• Создание когерентного света путем оптического резонанса в лазерных резонаторах. Это тоже распространенный резонансный пример.
• Приливный резонанс залива.
• Акустический резонанс примеры в различных музыкальных инструментах и ​​т. д.

Что такое резонанс и его практическое применение? | Что такое теория резонанса?

Определение резонанса:

Резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически приложенной силы (или ее компонента Фурье) становится сравнимой или равной собственной частоте системы, на которую воздействует сила. действующий. В динамической системе, если мы прикладываем колебательную силу на резонансной частоте, мы можем наблюдать, что система начинает колебаться с амплитудой выше, чем результирующая амплитуда, когда нерезонансная частота испытывает ту же колебательную силу.

Слово «резонанс» образовано от латинских слов «resonantia» и «resonare», что означает «эхо» и «отзвук» соответственно. Этот термин нашел свое применение в первую очередь в области акустики, в основном из-за симпатического резонанса, который можно было увидеть в музыкальных инструментах, таких как гитара, в которой одна струна начинает вибрировать и воспроизводить звук после удара по другой струне.

Иногда частота резонанса или резонансная частота также относится к частоте, при которой амплитуда отклика становится относительно максимальной. Колебания большой амплитуды могут генерироваться действием малой периодической силы, сравнимой с резонансной частотой системы, так как обладают способностью запасать энергию вибрации.

Какие бывают резонансные частоты?

Различные типы резонансной частоты:

Явление резонанса может проявляться в различных видах вибраций или волн. Некоторые из наиболее заметных вибраций, в которых важную роль играет резонанс, следующие: ),

Ядерные магнитные колебания или волны (ядерный магнитный резонанс (ЯМР)),

Электронно-спиновые колебания или волны (электронный спиновой резонанс (ЭПР)),

Квантовый резонанс волновой функции.

Определенную частоту можно получить, используя резонансную систему для генерации колебаний. Такие приложения требуются в музыкальных инструментах или в фильтрах для выбора определенной частоты или небольшого диапазона частот из сложной вибрации, состоящей из ряда различных частот.

«Arduino Controlled RC Transmitter» от syvwlch под лицензией CC BY 2.0

Практические примеры вынужденных колебаний и резонанса

Рассмотрим примеры различных типов физического резонанса:

Частота механического резонанса

Механический резонанс относится к явлению склонности механической системы реагировать с увеличенной амплитудой, когда частота ее колебаний будет соответствовать естественной частоте системы. вибрации (на своей резонансной частоте или резонансной частоте), чем на некоторых других частотах, и это может привести к порочным колебательным движениям и, возможно, к катастрофическим отказам в неправильно построенных конструкциях, таких как мосты, здания и самолеты. Такие типы явлений называются резонансными катастрофами.

Известно, что резонансный объект может иметь более одной резонансной частоты. Это означает, что на этих частотах объект легче вибрирует, а на других частотах — сравнительно меньше. Явление механического резонанса используется часами для измерения времени путем согласования частот маятника, баланса или кварцевого кристалла.

Частота акустического резонанса

Акустический резонанс относится к явлению, при котором слуховая система способна усиливать звуковые волны, принадлежащие частоте, равной одной из собственных частот вибрации или частот резонанса. Акустический резонанс можно назвать узкой частью механического резонанса, относящейся к диапазону частот человеческого слуха. Однако в более широком смысле акустика управляет колебательными волнами в материи, поэтому возможен акустический резонанс на частотах, выходящих за диапазон частот, принадлежащих слышимому человеку диапазону.

Как правило, акустически резонансный объект обладает более чем одной резонансной частотой. Это наблюдается больше на гармониках самого сильного акустического резонанса материала. Это означает, что на этих частотах объект легче вибрирует, а на других частотах — сравнительно меньше. Резонансный объект вообще выбирает или «выделяет» свою частоту резонанса из диапазона сложного возбуждения, например, импульсного шумового возбуждения или широкополосного шумового возбуждения. В результате объект отфильтровывает все оставшиеся частоты, не принадлежащие его резонансному частотному диапазону.

Подобно механическому резонансу, акустический резонанс также может привести к колебательным движениям, возможно, из-за неисправности вибраторов. Очень частым примером резонанса, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни, является разбивание бокала из-за высокого звука, относящегося к резонансному частотному диапазону бокала.

«Резонатор» Трэвиса Айзекса лицензируется в соответствии с CC BY 2.0

Частота электромагнитного резонанса (EMR)

Электромагнитный резонанс относится к явлению регулирования как силы магнитного поля, так и частоты излучения для получения поглощения излучения. Этот эффект электромагнитного резонанса создается путем одновременного приложения стабильного магнитного поля и электромагнитного излучения (обычно в форме радиоволн) к образцу электронов.

Электронный магнитный резонанс (ЭМР) считается междисциплинарной областью, имеющей множество различных типов в физике, химии и биологии. Некоторыми формами электронного магнитного резонанса являются электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), электронный спиновой резонанс (ЭПР) и электронный циклотронный резонанс (ЭЦР). В ЭМИ внимание уделяется электронам, а не ядрам или ионам, как это наблюдается в ЯМР и ИЦР соответственно.

Частота ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) относится к физическому явлению, при котором ядра возмущаются в очень сильном непрерывном магнитном поле с помощью слабого колеблющегося магнитного поля и заставляют его реагировать путем генерации электромагнитного сигнала, обладающего характерной частотой магнитного поля. присутствует в ядре. Это явление наблюдается в околорезонансной области, где частоту колебаний можно сравнить с собственной частотой ядер. Этот процесс зависит от мощности статического магнитного поля, химических свойств окружающей среды/материала и свойств магнетизма, демонстрируемых используемым изотопа.

Для практических применений, связанных со статическими магнитными полями величиной до прибл. 20 тесла, наблюдаемая частота сравнима с телевизионными передачами VHF (очень высокая частота) и UHF (сверхвысокая частота) в диапазоне от 60 МГц до примерно 1000 МГц. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) возникает из-за определенных особых свойств магнетизма, проявляемых определенными атомными ядрами. Применение спектроскопии ядерного магнитного резонанса широко используется для определения расположения органических молекул в растворе и изучения молекулярной физики кристаллов, а также некоторых некристаллических объектов. Другое применение ядерного магнитного резонанса или ЯМР связано с комплексными методами медицинской визуализации, например, с магнитно-резонансной томографией (МРТ).

Частота электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)

Электронный парамагнитный резонанс или ЭПР, также известный как спектроскопия ЭПР электронного спинового резонанса, относится к процессу исследования и анализа материалов, содержащих неспаренные электроны. Элементарные теории электронного парамагнитного резонанса или ЭПР эквивалентны концепциям ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Однако при этом возбуждаемые спины принадлежат электронам взамен атомных ядер. Электронный парамагнитный резонанс или спектроскопия ЭПР преимущественно ценны для анализа комплексов металлов и органических радикалов.

Первое наблюдение электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) состоялось в Казанском государственном университете. Эксперимент был проведен известным советским физиком Евгением Завойским в 1944 году и примерно в тот же период был автономно разработан Бребисом Блини в Оксфордском университете, Великобритания. Применение спектроскопии ЭПР или ЭПР присутствует во многих областях науки, в целом в биологии, химии и физике, и используется для обнаружения и идентификации свободных радикалов в твердом, жидком или газообразном состоянии материалов и в парамагнитных центрах, таких как F-центры. .

Преимущества резонанса

Разработаны преимущества и недостатки резонанса с надлежащим объяснением. Преимущество, такое как измерение неизвестных частот колеблющихся объектов, создание различных звуковых нот музыкальными инструментами, радио для настройки различных каналов, — это несколько хороших приложений. Явление резонанса иногда может привести к катастрофическим результатам, несколько таких примеров резонанса также объясняются научными объяснениями. Резонанс полезен по разным причинам, например:

1. Явление резонанса широко используется для измерения неизвестных частот колеблющихся объектов.
2. Явление резонанса играет очень важную роль в создании различных звуковых нот музыкальными инструментами.
3. Явление резонанса широко используется в радио для настройки различных каналов.
4. Явление резонанса широко используется для анализа музыкальных нот.
5. Явление резонанса широко используется при приготовлении пищи в микроволновой печи.

Недостатки резонанса

Явление резонанса иногда может привести к катастрофическим результатам. Давайте посмотрим:

• Мы знаем, что солдат учат маршировать вместе через равные промежутки времени. Так, их маршевые шаги становятся периодическими, имеющими определенную частоту. При марше по узкому мосту, имеющему гибкую конструкцию, если случайно частота марша группы солдат совпадет с резонансной частотой моста, последний может быть приведен в колебания большой амплитуды. Такой случай произошел в 12   апреля 1831 года в Солфорде, Англия, где висячий мост Бротон рухнул, когда по нему маршировала группа британских солдат. После этого инцидента британская армия приказала своим солдатам остановиться в этом темпе при марше по мостам, чтобы избежать резонанса, вызванного их периодическим маршем, нарушающим мост.

• Замечено, что вибрации двигателя двигателя могут вызывать резонирующие волны в прилегающих конструкциях, когда частота вибрации двигателя сравнима с частотой колебаний окружающих конструкций. Дребезжащий звук двигателя автобуса или грузовика, который мы часто слышим, когда автобус стоит на холостом ходу, является примером возникновения такого явления.

• Сильный ветер может вызвать структурный резонанс подвесного моста, что может привести к его катастрофическому обрушению. Энергия ветра может усилить колебания, если она может заставить мост колебаться с частотой, равной его резонансной частоте. Это явление наблюдается на многочисленных подвесных мостах Европы и США. Эти подвесные мосты рухнули из-за структурного резонанса, вызванного умеренным ветром. Другим важным примером является обрушение моста Такома-Нарроуз 7 ноября 19 года.40. Однако ученый Роберт Х. Скэнлан вместе с некоторыми другими членами своей группы утверждал, что возникновение таких обрушений мостов было вызвано аэроупругим флаттером. Аэроупругий флаттер определяется как сложное взаимодействие между попутным ветром и конструкциями моста. Это можно назвать своего рода автоколебанием или «самоподдерживающейся вибрацией» в области нелинейной теории колебаний.

«Такома, Вашингтон, Такома-Нарроуз-Бридж, 7 ноября 1940 года» фотобиблиотекаря лицензируется в соответствии с CC BY-NC-ND 2.0. Раскачивание человека на качелях — типичный пример резонанса. Нагруженные качели, маятник, имеют собственную частоту колебаний, свою резонансную частоту, и сопротивляются толчкам с большей или меньшей скоростью.
Изображение предоставлено: Луис Карлос, Маленькая девочка на качелях, CC BY 2.0

Часто задаваемые вопросы о резонансе

В 1. Является ли эхо-сигнал примером резонанса? | В чем разница между резонансным эхом и реверберацией ?

Нет, Резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически приложенной силы (или ее компонента Фурье) становится сравнимой или равной собственной частоте системы, на которую воздействует сила. действующий. Принимая во внимание, что эхо относится к отражению звуковой волны (когда она попадает в твердый объект), которое достигает слушателя с небольшим отставанием или задержкой после исходного звука.

В 2. Является ли реверберация примером резонанса?

Нет, Резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически приложенной силы (или ее компонента Фурье) становится сравнимой или равной собственной частоте системы, на которую воздействует сила. действующий. Принимая во внимание, что реверберация относится к возникновению множественных звуковых отражений, которые создают продолжительный эффект звука. Это часто называют множественными эхо-сигналами, возникающими вместе.

В 3. Что такое амплитудный резонанс?

Примеры амплитудного резонанса относятся к явлению, когда при определенной частоте данного синусоидального возбуждения система генерирует максимальную амплитуду колебаний.