Резонанс это что такое: резонанс — это… Что такое резонанс?

Содержание

резонанс — это… Что такое резонанс?

  • РЕЗОНАНС — (франц. resonance, от лат. resono звучу в ответ, откликаюсь), относительно большой селективный (избирательный) отклик колебательной системы (осциллятора) на периодич. воздействие с частотой, близкой к частоте её собств. колебаний. При Р.… …   Физическая энциклопедия

  • РЕЗОНАНС — (фр., от лат. resonare раздаваться). В акустике: условия полного распространения звука. Доска, служащая для усиления звучности струн в музыкальных инструментах. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910.… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • Резонанс — Резонанс: а резонансные кривые линейных осцилляторов при различной добротности Q(Q3>Q2>Q1), x интенсивность колебаний; б зависимость фазы от частоты при резонансе. РЕЗОНАНС (французское resonance, от латинского resono откликаюсь), резкое… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • РЕЗОНАНС — РЕЗОНАНС, резонанса, мн. нет, муж. (от лат. resonans дающий отзвук). 1. Ответное звучание одного из двух тел, настроенных в унисон (физ.). 2. Способность увеличивать силу и длительность звука, свойственная помещениям, внутренняя поверхность… …   Толковый словарь Ушакова

  • резонанс — отзвук, резонон, мезомерия, отклик, адрон, частица, отголосок Словарь русских синонимов. резонанс см. отклик Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2 …   Словарь синонимов

  • РЕЗОНАНС — РЕЗОНАНС, резкое увеличение амплитуды колебаний механической или акустической системы, в случае вынужденных колебаний, вызванных внешним источником. Это явление возникает, когда ЧАСТОТА приложенной силы равна собственной частоте колебаний системы …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • РЕЗОНАНС — (франц. resonance от лат. resono откликаюсь), резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний при приближении частоты внешнего гармонического воздействия к частоте одного из собственных колебаний системы …   Большой Энциклопедический словарь

  • РЕЗОНАНС — РЕЗОНАНС, а, муж. 1. Возбуждение колебаний одного тела колебаниями другого той же частоты, а также ответное звучание одного из двух тел, настроенных в унисон (спец.). 2. Способность усиливать звук, свойственная резонаторам или помещениям, стены к …   Толковый словарь Ожегова

  • РЕЗОНАНС — муж., франц. зык, гул, рай, отзвук, отгул, гул, отдача, наголосок; звучность голоса, по местности, по размерам комнаты; звучность, звонкость музыкального орудия, по устройству его. | В рояле, фортепиано, гуслях: дек, палуба, ·стар. полочка, доска …   Толковый словарь Даля

  • РЕЗОНАНС — (от лат. resonare – повторять) колебания одного из колеблющихся тел, «настроенных» на определенное число колебаний (все тела более или менее способны производить их), которые взаимодействуют с колебаниями, производимыми др. телом, колеблющимся с… …   Философская энциклопедия

  • РЕЗОНАНС — 1. В общем механическом смысле отклик тела, способного колебаться с определенным периодом (т. наз. собственным периодом колебаний), на дошедшие до него колебания того же периода. Явления Р. выражаются обычно в значительном увеличении амплитуды… …   Морской словарь

  • Резонанс — урок. Физика, 9 класс.

    «раскачивающаяся» поездка в железнодорожном транспорте (рис. \(1\)).

     

     

    Рис. \(1\). Качающийся вагон

     

    Ещё один очень яркий пример проявления явления резонанса — это несколько случаев обрушения мостов, когда по ним строевым шагом проходила рота солдат.

    Чеканный шаг солдатских сапог совпал с собственной частотой колебаний моста. Мост стал колебаться с такой амплитудой, на которую его прочность не была рассчитана и… развалился. Тогда и родилась новая воинская команда «…не в ногу». Она звучит, когда пешая или конная рота солдат проходит по мосту.

    Однако самый яркий пример разрушительного действия резонанса — это рухнувший \(7\) ноября \(1940\) года почти двухкилометровый Такомский подвесной мост в США (штат Вашингтон).

     

     

    Рис. \(2\). Разрушенный мост

     

    Данный случай и видео волнообразного раскачивания конструкции даже рекомендованы к просмотру на факультетах физики некоторых университетов как самый хрестоматийный пример такого явления резонанса.

    Разрушение подвесного моста под действием ветра — это иллюстрация того, как относительно постоянная сила вызывает резонанс. При этом происходит следующее:

     

    1. порыв ветра отклоняет часть конструкции в сторону движения ветра — внешняя сила способствует возникновению колебаний;


    2. при обратном движении конструкции сопротивления воздуха недостаточно, чтобы погасить колебание или значительно снизить его амплитуду;


    3. вследствие упругости системы начинается новое движение по ветру, которое он (ветер) и усиливает, продолжая дуть в одном направлении.


    Это пример поведения комплексного объекта, где резонанс развивается на фоне высокой добротности и значительной упругости под действием постоянного воздействия силы в одном направлении. К сожалению, Такомский мост — это не единственный пример обрушения конструкций. Случаи, аналогичные описанному, наблюдались и наблюдаются по всему миру, в том числе и в России.

    Резонанс — что это такое простыми словами

    Обновлено 23 июля 2021 Просмотров: 299522 Автор: Дмитрий Петров
    1. Резонанс — это…
    2. Добротность
    3. Виды и примеры резонанса
    4. Его опасность и польза

    Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Еще в школе на уроке физики мы изучали, что такое резонанс. Но, к сожалению, не всегда эти знания подавались в форме способствующей усвоению.

    Поэтому сегодня я хочу очень коротко напомнить вам что есть такое резонанс, как он возникает и какие виды резонанса (и не только в области физики) различают.

    Ну и, конечно же, все это будет рассказано максимально простыми словам на понятных всем примерах. Будет интересно, не переключайтесь…

    Резонанс — это…

    Впервые понятие резонанса было введено в 16 веке Галилио Галеем, когда он занимался исследованием работы маятников и музыкальных струн.

    В переводе с латинского слово «резонанс» буквально означает «откликаюсь» и представляет собой физическое явление, при котором собственные колебательные движения становятся вынужденными, увеличивают свою амплитуду, отвечая, таким образом, на воздействия окружающей среды.

    Простыми словами резонанс – это отклик на некий раздражитель извне. Это синхронизация частот колебаний (количество колебаний в одну секунду) некой системы и воздействующей на нее внешней силы, что влечет за собой рост амплитуды колебаний данной системы.

    Резонанс можно описать следующим образом:

    1. представьте некое физическое тело, которое находится либо в состоянии абсолютного покоя, либо совершает амплитудные движения определенной частоты;
    2. на это тело вдруг начинает оказывать воздействие некая внешняя сила, имеющая собственную амплитуду и частоту;
    3. если частоты тела и внешней силы совпадают, то амплитуда тела станет расти.

    Например, всем известно, как «работают» качели. Сначала вы делаете резкий толчок ногами от земли, и качели начинают двигаться вперед-назад. Если не вмешиваться в этот процесс, то через некоторое время они остановятся.

    Но если, сидя на них, подстроиться под их движение всем телом (не быстрее и не медленнее), то амплитуда движений качелей начнет расти сама по себе. В данном случае вы, а точнее ваши движения, являются внешним воздействием, вынуждающей силой, с помощью которой качели взлетают выше.

    Даже самое небольшое внешнее воздействие способно увеличить амплитуду движений некой системы в очень много раз при совпадении их частот. Из примера с качелями: маленький ребенок может раскачать взрослого даже с очень большим весом, если подстроится под движение качелей.

    Чтобы лучше понять, что такое резонанс, обратимся к его антониму. Им является слово «диссонанс» (от латинского «разногласящий»), что означает несовпадение, несоответствие.

    Снова возьмем в пример качели: если начать резко и хаотично их дергать туда-сюда, то плавные, раскачивающие колебания вскоре сойдут на нет и качели остановятся. Еще один простой пример: если летом вы выйдете на улицу в шубе, это будет диссонанс, так как погода не соответствует вашему наряду.

    Добротность

    В любой физической колебательной системе можно измерить степень ее отзывчивости – величину, которая называется добротностью и представляет собой уровень интенсивности отклика.

    Разные показатели этой величины приводят к различным последствиям:

    1. При низкой степени добротности (или отклика) существующая система неспособна сохранять вынужденные колебания долгое время и постепенно возвратится к собственным колебаниям;
    2. Высокая добротность в некоторых случаях может быть опасной, так как напряженный резонанс обязательно приведет к разрушению физического тела, на которое производится воздействие извне.

      Например, если не просто стоять на середине доски, перекинутой через широкую реку, а совершать раскачивающие ее движения (вверх-вниз), то, скорее всего, вскоре вы окажитесь в воде, так как доска сломается в той точке, где вы находились.

    Виды и примеры резонанса

    Феномен резонанса по праву принадлежит физике,так как был открыт ею и изначально описывал только физические явления.

    Однако, на сегодняшний день этим понятием пользуются в самых разных сферах жизнедеятельности.

    В связи с этим можно выделить его разные виды:

    1. Механический – выше упомянутые качели, раскачивание колокольного «языка», резонанс моста от проезжающего поезда или солдат, идущих по нему «в ногу» и т.п.
    2. Акустический – примером может послужить звуковой резонанс, используемый в игре на музыкальных инструментах, таких как: гитара, балалайка, лютня.У всех них есть корпус и придуман он не просто так: звук, который издает струна, когда ее щипают, попадает внутрь корпуса. Там он резонирует со стенками, что приводит к его усилению. Поэтому качество звука напрямую зависит от качества материала, из которого сделан инструмент и даже от лака, которым он был покрыт.
    3. Электрический – совпадение частоты внешнего напряжения с частотой собственных колебаний электрической цепи, по которой течет ток.
    4. Общественный – яркий отклик общественности на событие, явление или ситуацию. Речь идет о реакции, которая оказалась схожей у основной массы людей. Например, пенсионная реформа 2018 года вызвала громкий, резкий, негативный резонанс у граждан нашей страны.
    5. Когнитивный резонанс – совпадение во взглядах, мнениях. Например, вы с кем-то познакомились: в итоге у вас остается положительное впечатление о человеке. Почему именно так?

      Все дело в том, в процессе беседы вы нашли с ним много общего, его ценности и суждения оказались вам близки, отсюда и симпатия, являющаяся следствием резонанса. С философской точки зрения, феномен определяется, как единомыслие двух душ в чувственном контексте.

    Мобильные телефоны, микроволновая печь, телевизор, эхо в горах, звучное пение в ванной комнате – везде присутствует рассматриваемый феномен.

    Опасность и польза резонанса

    На первый взгляд, резонанс – это полезное явление, которое помогает нам в разных аспектах жизни. Например, оно успешно используется в случае, когда автомобиль завяз колесами в грязи или снегу и не может тронуться с места. Раскачка авто взад-вперед помогает вызволить машину из плена.

    Однако, у этого физического феномена есть и негативная сторона. В среде архитекторов существует понятие «Такомский мост»: так называют объекты, выполненные с многочисленными нарушениями строительных расчетов. Дело в том, что в 40-х годах 19 века в одном из штатов США случилось обрушение висячего моста.

    Как выяснилось позже, причиной послужил резонанс: ветер усилил собственные колебания конструкции, что и привело к трагедии. После этого случая технологии мостостроения претерпели большие изменения.

    Еще один печальный случай с мостом, который обрушился в момент, когда по нему шла рота военных. Солдаты, маршируя в ногу, создали колебания, которые вошли в резонанс с собственными колебаниями конструкции. С тех пор появилась новая команда «Не в ногу!», используемая командирами при прохождении через мост.

    Феномен резонанса также необходимо учитывать при возведении высотных зданий, антенн, высоких опор – всего, что может войти в резонанс с воздушным потоком.

    Автор статьи: Коваленко Лилия Сергеевна (психолог)

    Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

    Эта статья относится к рубрикам:

    Жизнь в мире резонансов

    Полвека назад итальянский физик-теоретик Уго Фано опубликовал работу, в которой описал тип резонанса с характерным асимметричным профилем, возникающим в результате интерференции двух волновых процессов. Спустя годы исследование Фано стало одной из самых цитируемых физических работ по итогам XX столетия. Сегодня фундаментальный результат, полученный десятилетия назад, до сих пор остается источником прорывных концепций для теоретиков, экспериментаторов и технологов и лежит в основе множества разработок, уже появившихся и только создающихся учеными по всему миру.

    Как идеи Уго Фано влияют на современную фотонику, что нужно для создания сверхчувствительных сенсоров и можно ли сделать объект полностью невидимым, об этом и многом другом рассказывают ученые Университета ИТМО, ФТИ имени Иоффе и Австралийского национального университета в обзоре, опубликованном в престижном журнале Nature Photonics. Масштабный обзор содержит не только подробный анализ последних достижений, связанных с резонансом Фано, эта работа помогает существенно расширить кругозор читателя благодаря сравнительному анализу основных типов резонансных явлений, которые наблюдаются в фотонике. Подробнее о работе, перспективах и возможностях использования различных резонансов, а также о том, почему физика не так сложна, как может показаться, ITMO.NEWS рассказал один из авторов работы, заведующий базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО Михаил Лимонов.

    1 сентября 2017 года: тройной резонанс

    Обзор «Резонанс Фано в фотонике» ученых физико-технического факультета Университета ИТМО опубликован в журнале Nature Photonics 1 сентября. Это дата является знаковой для авторов и по другим причинам. Созданный в январе 2017 года, новый физико-технический факультет принял первых студентов, 1 сентября студенты впервые начнут занятия и на новой базовой магистерской кафедре фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО в Физико-техническом институте. Эту кафедру возглавляет один из авторов обзора — ведущий научный сотрудник лаборатории «Метаматериалы» Университета ИТМО, главный научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе

    Михаил Лимонов.

    Как отмечает ученый, основная задача новой кафедры — объединить все те преимущества, которые предоставляют Университет ИТМО и ФТИ имени Иоффе — с одной стороны, активное развитие и хорошую инфраструктуру, которой обладает Университет ИТМО, с другой — мощнейшую экспериментальную базу по физике и опытных специалистов и ученых с мировым именем, работающих в ФТИ имени Иоффе. Обучение будет вестись на базе Физико-технического института, однако студенты получат возможность участвовать во всех научных мероприятиях, которые проводятся на базе и при поддержке Университета ИТМО.

    Например, участвовать в международной конференции по нанофотонике и метаматериалам «Метанано», которая ежегодно проводится в России кафедрой нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО.

    Преподавать на кафедре фотоники диэлектриков и полупроводников будут известные ученые, работающие как в фундаментальной науке, так и в прикладном направлении — например, квантовую механику будет читать Никита Аверкиев, заведующий теоретическим сектором в Физтехе, солнечную энергетику —

    Евгений Теруков, заместитель генерального директора по науке НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ имени Иоффе, где сегодня отрабатываются технологии изготовления солнечных батарей для реального производства. Кроме того, новый физико-технический факультет Университета ИТМО объединил и двух единственных в Петербурге обладателей премии президента РФ по физике для молодых ученых — Павла Белова, который возглавляет факультет, и Александру Калашникову, доцента кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников.

    Студенты Физико-технический факультета Университета ИТМО

    За два года обучения в магистратуре студенты новой кафедры смогут создать серьезный научный задел для успешного обучения в аспирантуре ФТИ имени Иоффе, Университета ИТМО, а также других академических и университетских центров как в России, так и за рубежом, отмечает Михаил Лимонов. Преподаватели кафедры имеют тесные научные связи, а также совместные гранты и опыт обмена студентами, аспирантами и сотрудниками с научными центрами Германии, Англии, Голландии, США, Мексики, Израиля, Австралии, Финляндии. Помимо науки, выпускники кафедры смогут применить свои знания в прикладных областях, связанных с разработкой новых типов солнечных батарей, наногетероструктур, новых систем памяти и во многих других научных направлениях бурно развивающейся фотонной индустрии.

    Как резонансы меняют нашу жизнь, делают предметы невидимыми и позволяет создавать сверхчувствительные сенсоры

    Что общего между маятником часов, струнами гитары, звуком голоса, радиоприемником или лазером? В основе всех этих устройств и явлений лежит один и тот же физический принцип. «Мы живем в мире резонансов» — так начинают обзорную статью «Fano resonances in photonics» ее авторы, ученые ФТИ имени Иоффе, Университета ИТМО и Австралийского национального университета Михаил Лимонов, Михаил Рыбин, Александр Поддубный и Юрий Кившарь

    . И действительно, резонансы окружают нас повсюду: с одной стороны, именно они позволяют нам слышать музыку, переключаясь на нужную частоту, получить лазерную генерацию, настроив длину резонатора, с другой — выступают причиной разрушений и катастроф, рассказывает заведующий базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО Михаил Лимонов.

    Резонанс — это совпадение частоты одного колебания с частотой другого, которое приводит к резкому возрастанию интенсивности колебаний. Неслучайно, даже в школьных учебниках по физике одним из примеров резонанса часто выступает случай, произошедший в Петербурге в 1905 году, добавляет он. Именно в этот день во время передислокации эскадрона конно-егерского полка обрушился знаменитый Египетский мост. Одним из объяснений катастрофы служит совпадение частоты марша кавалерии с одной из собственных частот моста, что и привело к его обрушению.

    Длина струны музыкальных инструментов определяет резонансную частоту и позволяет нам получать разнообразие звуков. Сталкиваемся с резонансом мы и в том случае, когда переключаем каналы телевизора или станции в радиоприемнике. Радиоприборы, оптические устройства, современное медицинское оборудование — явление резонанса без преувеличения сопровождает нас в течение всей жизни. Но это ли все, на что «способны» резонансы?

    В 1935 году Ганс Бойтлер наблюдал в спектрах поглощения благородных газов линии с ярко выраженной асимметрией профиля. В том же году молодой ученик Энрико Ферми Уго Фано предложил объяснение этого эффекта на основе квантовомеханического принципа суперпозиции. Эту идею ученый развил в знаменитой работе 1961 года, ставшей одной из наиболее цитируемых статей второй половины XX века. Механизм, описанный Фано, лежит в основе разнообразных явлений, он нашел применение в целом ряде современных разработок в области фотоники и продолжает вдохновлять ученых на новые открытия, отмечают авторы обзора в Nature Photonics. Почему?

    Резонанс Фано наблюдается в случае когерентного взаимодействия двух колебательных процессов, один из которых описывается узкой спектральной полосой, а другой — широкой. В зависимости от того, как они взаимодействуют, узкий контур может обладать самой разнообразной формой — и симметричной (так называемый контур Лоренца), и асимметричной (контур Фано). Эта вариантность узкой спектральной линии и определяет удивительное разнообразие наблюдаемых явлений. Именно поэтому резонанс Фано находит применение в совершенно различных областях — в акустике, механике, магнитных явлениях, фотонике и многих других, объясняет Михаил Лимонов.

    К примеру, можно ли сделать предметы невидимыми? Да, говорят ученые, в определенном спектральном интервале — можно. И поможет в этом именно резонанс Фано.

    Михаил Лимонов

    «Как выясняется, резонанс Фано может обеспечить такое широко обсуждаемое сейчас явление, как невидимость объектов. Каким образом? При резонансе Фано контур линии таков, что на определенной частоте он в точности достигает нуля. Это значит, что в этом диапазоне частот нет рассеяния, либо оно крайне мало, то есть электромагнитная волна проходит сквозь объект, не замечая его. А если на объекте нет рассеяния, его невозможно увидеть со стороны. Конечно, это происходит не во всем спектральном диапазоне, объект становится невидимым именно в определенном диапазоне частот. Кроме того, чтобы это произошло, мы должны подобрать однородный объект, рассеяние на котором описывается формулой Фано, — например, цилиндр либо сферу. Но, что очень важно, невидимость таких объектов возникает без дополнительных маскирующих элементов, над созданием которых работают многие ученые», — рассказывает Михаил Лимонов.

    Обычно считается, что для маскировки объекта его надо чем-то окружать, создавать «плащ-невидимку». В большинстве случаев «плащ» приводит к тому, что электромагнитные волны огибают объект и встречаются уже за ним, при этом сам он становится невидимым. Эту идею в 2006 году сформулировал сотрудник Имперского колледжа Лондона, профессор Джон Пендри (подробнее о невидимости читайте здесь). Но при наличии резонанса Фано все происходит без дополнительных усилий: волна проходит прямо через объект и попросту его не «видит».

    «В этом случае взаимодействуют два вида рассеяния: широкое рассеяние — рассеяние нерезонансное от шарика или цилиндра, и узкое — так называемое резонансное рассеяние Ми (теория Ми описывает рассеяние на сфере, цилиндре и ряде других объектов). Взаимодействие узкого резонанса Ми с широким нерезонансным рассеянием описывается теорией Фано. И при этом оказывается, что какая-то область обладает нулевым рассеянием. Это один из ярких примеров, который демонстрирует нам удивительные возможности применения резонанса Фано», — продолжает исследователь.

    ФТИ им.А.Ф. Иоффе

    Безусловно, все мечтают о полной невидимости объектов — иными словами, во всем спектральном диапазоне, но возможность скрыть предмет даже на одной частоте уже открывает огромные возможности, рассказывает Михаил Лимонов. Простой пример: как известно, перископ подводных лодок регулярно сканируются радарами «противника», которые обычно работают на определенной частоте. При условии, что подводникам удалось определить эту сканирующую частоту и подстроить под нее параметры перископа, можно полностью скрыть его от «глаз» противника.

    Еще один пример использования резонанса Фано в фотонике — принцип, который позволяет создавать сверхчувствительные сенсоры для различных применений. Дело в том, что форма линии контура Фано определяется не только самой структурой, но и ее окружением. Поэтому, если меняется окружение (например, в атмосфере появляется опасный газ), меняется и форма контура Фано, которая с высокой точностью регистрируется при пропускании электромагнитной волны через сенсор.

    «Настроив прибор на определенную частоту (а у всех газов очень хорошо известен спектр), вы можете зафиксировать трансформацию спектра пропускания и в результате получить сенсоры для различных задач», — уточняет Михаил Лимонов.

    Детальный обзор этих и других перспективных разработок, основанных на принципах резонанса Фано и появившихся в современной науке за последние годы, авторы работы в Nature Photonics готовили более года. Эта работа стала уже шестой публикацией сотрудников базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников в самых престижных журналах семейства Nature: на данный момент одна работа опубликована в Nature, две — в Nature Photonics и три — в Nature Communications.

    Михаил Рыбин и Михаил Лимонов

    В отличие от традиционных обзоров, формально перечисляющих, как правило, уже существующие идеи и результаты, в своей работе ученые Университета ИТМО, ФТИ имени Иоффе и Австралийского национального университета предлагают собственный оригинальный анализ. В статье дается не только детальное описание резонанса Фано, но и приводится сравнительный анализ других видов резонансов, что, как отмечают авторы, поможет читателям глубже познакомиться с предметом.

    «В течение рецензирования обзора в редакции Nature Photonics мы прошли четыре раунда замечания рецензентов — наши ответы. Это связано с уровнем журнала, который сейчас является абсолютным лидером по импакт-фактору (IF=37. 8) среди журналов по фотонике, а также среди журналов, публикующих обзоры по физике. Кроме того, по тематике резонанса Фано уже был опубликован целый ряд обзоров в ведущих физических журналах, что лишний раз подтверждает, что резонанс Фано — это действительно hot topic. Поэтому, чтобы опубликовать еще один обзор по резонансу Фано в престижном журнале, нам необходимо было перейти на новый уровень изложения, осветить проблемы и достижения так, как это не делал еще никто. И мы надеемся, что у нас получилось. Мы акцентировали свое внимание на месте и роли резонанса Фано среди других многочисленных резонансных явлений в фотонике. Мы включили в обзор собственный анализ и оригинальные результаты, которые представили на фазовой диаграмме, отражающей области существования различных резонансных явлений в зависимости от параметров двух взаимодействующих осцилляторов. Что интересно, с этой идеей был связан нехарактерный для рецензирования момент, надолго задержавший публикацию обзора. Один из рецензентов (а в журнале Nature Photonics это могут быть только ученые с высокой репутацией) написал в своей первой рецензии, что обзор не должен содержать новые факты и давать оригинальный анализ. При этом он сослался на статью в Википедии об обзорах. Мы впервые в своей научной практике столкнулись с тем, что рецензент апеллирует не к научному рецензируемому изданию, а к Википедии, которая, как известно, является свободно наполняемой нерецензируемой энциклопедией. Лишь в течение долгой и напряженной работы с этим рецензентом и редакцией Nature Photonics нам в итоге удалось отстоять свою точку зрения», — рассказывает Михаил Лимонов.

    Диаграмма фаз различных резонансов в фотонике. Иллюстрация из обзора «Резонанс Фано в фотонике». Источник: http://www.nature.com/nphoton/journal/v11/n9/full/nphoton.2017.142.html?foxtrotcallback=true

    В итоге в обзоре появилась фазовая диаграмма, позволяющая всем, кто занимается этой тематикой, наглядно сравнить разные типы резонансов и, например, узнать, что общего у резонанса Фано и резонанса Керкера и почему последний никогда не пересечется с резонансом Бормана.

    «Наша основная идея — показать на примере двух осцилляторов с разной шириной собственных резонансов все многообразие физических эффектов, заложенных в эту очень простую модель. Ведь по большому счету физика не так сложна, если ее глубоко понимать и доходчиво объяснять на самых простых примерах. Она основывается на определенных фундаментальных понятиях, которые, как нам кажется, мы смогли успешно отразить в нашем обзоре», — резюмирует Михаил Лимонов.

    Перейти к содержанию

    Следователь назвал общественный резонанс одним из оснований для продления ареста Сафронову

    Следователь ФСБ Александр Чабан среди прочих причин назвал общественный резонанс вокруг дела о госизмене советника главы «Роскосмоса», бывшего спецкорреспондента “Ъ” и «Ведомостей» Ивана Сафронова «исключительным основанием» для продления тому срока ареста. Об этом сообщил Даниил Никифоров, один из адвокатов Сафронова, на посвященной этому делу пресс-конференции, которая прошла 1 июля в Сахаровском центре в Москве (внесен в реестр иностранных агентов), передает корреспондент “Ъ”.

    «Следователь в своем ходатайстве упомянул общественный резонанс этого дела как исключительное основание, благодаря которому Иван должен находиться под стражей, а например, не под домашним арестом»,— сказал господин Никифоров. По словам защитника, общественный резонанс упоминался следствием в числе других причин, почему Иван Сафронов должен оставаться под стражей.

    «Случай с общественным резонансом я привел, как очередной пример того, как те или иные вещи, как те или иные слова, те или иные события могут трактоваться нашими процессуальными оппонентами. Это как одна из особенностей дела. Мы говорим, что людям не все равно — поручительства и так далее. А они (процессуальные оппоненты.— “Ъ”) говорят — общественный резонанс, значит, куда-то сдернет, у него вон сколько друзей»,— пояснил адвокат в беседе с “Ъ” после пресс-конференции.

    По итогам заседания 30 июня Мосгорсуд продлил арест Ивану Сафронову до 7 октября 2021 года. Защита представила суду около 230 личных поручительств за обвиняемого. «Насколько я помню, про общественный резонанс звучало во всех или почти во всех ходатайствах (о продлении)»,— сказал Даниил Никифоров. Он отметил, что формулировка про общественный резонанс в итоге попала в решение Мосгорсуда 30 июня о продлении срока содержания под стражей.

    Иван Сафронов, который писал про оборонительную и космическую отрасли страны около 10 лет в “Ъ” и «Ведомостях», был арестован по обвинению в госизмене (ст. 275 УК) 7 июля 2020 года. С этого дня он содержится в СИЗО «Лефортово». По версии ФСБ, он был завербован в 2012 году, а в 2017-м передал чешским спецслужбам секретную информацию. Сегодня на пресс-конференции защита отмечала, что господину Сафронову до сих пор не разъяснено обвинение и он свою вину не признает.

    Подробнее о пресс-конференции адвокатов читайте в материале “Ъ” «Иван Сафронов расследует свое обвинение».

    Явление резонанса — Основы электроники

      

    Явления резонанса связаны с периодическим колебательным движением электронов в контуре и состоят в том, что электроны в данном колебательном контуре легче всего «раскачиваются» с какой-то определенной частотой, которую мы называем резонансной. С периодическим колебательным движением мы встречаемся повсеместно. Колебания маятника, дрожание струны, движение качелей — все это примеры колебательного движения.

    Для примера рассмотрим колебательную систему, изображенную на рисунке 1. Эта система, как мы увидим дальше, имеет много общего с электрическим колебательным контуром. Состоит она из пружины и массивного шара, закрепленного на стержне.

    Рисунок 1. Механическая модель колебательного контура. Масса-индуктивность, гибкость-емкость, трение-сопротивление.

     

    Если мы оттянем шар в низ от положения равновесия, то он под действием пружины немедленно устремится обратно; однако приобретя некоторую скорость шар не остановится в точке равновесия, а по инерции проскочит дальше, чем вызовет новую деформацию (сжатие) пружины. Затем этот процесс повторится в обратном направлении и т. д. Шар будет колебаться в ту и другую сторону до тех пор, пока не израсходуется на трение весь запас энергии, сообщенной пружине при отклонении шара.

    Нетрудно заметить, что при колебаниях шара энергия, сообщенная системе, все время переходит из энергии деформации (сжатия и растяжения) пружины в энергию движения шара и обратно. В механике первый вид энергии называется потенциальной энергией, а второй вид — кинетической.

     

    В то время, когда шар находится в одном из крайних положений, он на мгновение останавливается. В этот момент энергия его движения равна нулю. Зато пружина в этот момент очень сильно деформирована: или сжата или растянута; в ней, следовательно, заключено наибольшее количество энергии. В тот же момент, когда шар с наибольшей скоростью проходит через положение равновесия, он обладает наибольшей энергией, но зато энергия пружины в этот момент равна нулю, так как она не сжата и не растянута.

    Отклоняя шар на различные расстояния и наблюдая каждый раз за частотой последующих свободных колебаний системы, мы заметим, что частота колебаний системы остается все время одной и той же. Иными словами, она не зависит от величины начального отклонения. Эту частоту мы будем называть собственной частотой колебаний системы.

    Если бы мы имели в своем распоряжении не одну такую систему, а несколько, то мы могли бы убедиться в том, что собственная частота свободных колебаний системы уменьшается с увеличением массы шара и увеличивается с увеличением упругости, т. е. с уменьшением гибкости пружины. Эта зависимость может быть обнаружена и на более простом примере с колеблющимися струнами различной толщины и различной степени натяжения.

    Если мы пожелаем раскачать шар с наименьшей затратой усилий, то мы, безусловно, постараемся, во-первых, установить строгую периодичность наших толчков, т. е. постараемся, чтобы толчки следовали друг за другом через определенное время, а во-вторых, постараемся, чтобы промежуток времени между толчками равнялся периоду собственных колебаний системы (Рисунок 2).

    Рисунок 2. Механическая модель колебательного контура с незатухающими колебаниями. Частота вынужденной силы равна собсвенной частоте системы (резонанс).

     

    Для того чтобы раскачать колебательную систему с наименьшей затратой усилий, нужно частоту вынуждающей силы сделать равной собственной частоте колебания системы. Это правило очень хорошо известно всем нам еще с детского возраста, когда мы его применяли, раскачиваясь на качелях.

    Рисунок 3. Явление резонанса на примере качелей.

     

    Итак, когда частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебаний системы, амплитуда колебаний становится наибольшей.

    Таким образом, необходимо сказать, что совпадение частоты вынуждающей силы с собственной частотой колебаний системы и является резонансом.

    За примерами резонанса ходить далеко не нужно. Оконное стекло, дрожащее с определенной частотой каждый раз, когда мимо проезжает трамвай или грузовая машина; дрожание струны музыкального инструмента после того, как мы прикоснулись к соседней струне, настроенной в унисон с первой, и т. п. — все это явления резонанса.

    Зарядим конденсатор некоторым количеством электричества (рис.4, а) и замкнем его после этого на катушку индуктивности (рис.4, б). Конденсатор начнет немедленно разряжаться. Через катушку индуктивности потечет разрядный ток, а появление тока в катушке приведет к возникновению магнитного поля вокруг нее. При этом в катушке возникнет ЭДС самоиндукции, которая будет задерживать разряд конденсатора. Когда конденсатор разрядится, то ток в катушке не прекратится, так как он будет теперь поддерживаться ЭДС самоиндукции за счет энергии, запасенной в магнитном поле катушки во время разряда конденсатора. Этот продолжающийся ток перезарядит конденсатор в обратном направлении, т. е. та пластина, которая была прежде положительной, станет отрицательной, и наоборот (рис.4, в).

    Рисунок 4. Свободные колебания. Вверху — электрические, внизу — механические.

     

    После этого конденсатор снова начнет разряжаться, снова перезарядится (рис. 4, г, д) и т. д. Колебания тока в контуре будут продолжаться до тех пор, пока вся электрическая энергия, сообщенная контуру при заряде конденсатора, не превратится в тепловую энергию. Это произойдет тем скорее, чем больше активное сопротивление контура.

    Итак, разряд конденсатора через катушку индуктивности является колебательным процессом. Во время этого процесса конденсатор несколько раз заряжается и разряжается, энергия поочередно переходит из электрического поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно.

    Рисунок 5. Колебания в колебательном контуре.

     

    Колебания тока, имеющие место при этом разряде, носят затухающий характер (рис.6).

    Рисунок 6. Затухающие колебания в контуре.

     

    Частота колебаний при выбранных величинах емкости и индуктивности является величиной вполне определенной и называется собственной частотой контура. Собственная частота контура будет тем больше, чем меньше величины емкости и индуктивности контура.

    Если в колебательный контур ввести источник переменного тока, частота которого совпадает с собственной частотой контура, то колебания в контуре достигнут наибольшей величины, т. е. будет иметь место явление резонанса.

    Между электрическими и механическими колебаниями может быть проведена далеко идущая параллель.

    В табл. 1 слева даны электрические величины и явления, а справа аналогичные им величины и явления из области механики применительно к нашей механической модели колебательного контура.

    Аналогия электрических и механических величин
    Электрические величины Механические величины
    Индуктивность колебательного контура Масса шара;
    Емкость колебательного контура Гибкость пружин
    Активное сопротивление контура Механическое трение
    Пластины конденсатора Пружины
    Заряд конденсатора Деформация (сжатие и растяжение) пружин
    Положительный заряд пластин Сжатие пружины
    Отрицательный заряд пластины Растяжение пружины
    Сила тока Скорость движения шара
    Направление тока Направление движения шара
    Электродвижущая сила самоиндукции Сила инерции шара
    Амплитуда (наибольшее мгновенное значение тока) Амплитуда (наибольшее отклонение шара от положения равновесия)
    Частота (число циклов в секунду) Частота (число колебаний в се¬кунду)
    Резонанс (совпадение частоты внешней ЭДС с собственной частотой конура) Резонанс (совпадение частоты толчков вынуждающей силы с собственной частотой колебаний шара)

    Различные моменты электрического колебания и соответствующие им моменты колебания нашей механической модели колебательного контура изображены на рис. 4.

    ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

    Похожие материалы:

    Добавить комментарий

    Студия «Резонанс» отметила 20-летие

    В ДК «Арсеналец» состоялся праздничный концерт, посвященный 20-летию студии современной хореографии «Резонанс» ДВГУПС.

    Подготовка к концерту продолжалась более месяца. В итоге «Резонанс» показал как свои старые популярные номера, так и совершенно новые номера.

    Сегодня «Резонанс» — это очень много людей: талантливых, целеустремленных, самых разных возрастов. Они объединены в Школу танцев «Резонанс» и в несколько танцевальных коллективов. Первый — «ResonanceFamily». Это основной студенческий танцевальный коллектив ДВГУПС, которым руководят хореографы Денис Баранов и Елена Братусь. Второй – «Resonance Junior». В этом коллективе под руководством Елены Братусь занимаются дети с 12 лет, будущие потенциальные студенты ДВГУПС. Третий коллектив – «Resonance Project», в нём – выпускники разных лет студии «Резонанс». Эти люди закончили ДВГУПС, распрощались со студенческой жизнью, но не хотят расставаться с танцами. 

    В праздничном концерте приняли участие и друзья «Резонанса»: фокусник Александр Флегонтов, дуэт «Визави», шоу-группа «Планета Голливуд».

    ИЗ ВОСПОМИНАНИЙ ОСНОВАТЕЛЯ «РЕЗОНАНСА» ЕЛЕНЫ КРАСНОВОЙ:

    — Я танцевала всегда! Чётко помню, что уже в 5 летнем возрасте не могла жить без танцев. Тогда мы переехали из Тынды в Хабаровск, и моя мама – Наталья Николаевна Краснова, стала работать Художественным руководителем Студенческого клуба Хабаровского института инженеров железнодорожного транспорта. Мое детство прошло в студенческом клубе в атмосфере творчества, и я впитывала эту атмосферу. А занималась я сначала в танцевально-спортивном клубе «Фантазия» и базовым танцевальное образование у меня было бальное (очень благодарна Ирине Владимировне Ивановой за мои первые танцевальные шаги). В 13 лет началась активная работа в пионерском лагере имени Гагарина (сейчас это детский центр «Созвездие») – мне доверили вести танцевальный кружок. До 16 лет я работала там хореографом-постановщиком. Именно там я и познакомилась с новой танцевальной культурой «хип-хоп» и «брейк данс». Я начала познавать «стритовскую» культуру. Решила – буду хореографом! Два года отучилась в хабаровском Лицее искусств на отделении «Хореография».  Когда пришло время поступать в вуз для дальнейшего обучения, выбрать не пришлось – Институт транспортного строительства в Железке, специальность «Инженер-строитель» — семейные традиции взяли своё! О чём я никогда не жалею.

    Техническое образование даёт совершенно другое видение многих творческих процессов. С легкой руки тогдашнего директора студенческого клуба Вадима Булычева я продолжила серьезное отношение к танцами и пошла заниматься в самую сильную танцевальную студию — «Студии С» (огромное спасибо Юрию Васильевичу Слюсарю за навыки и воспитание силы). Тогда же и родился наш коллектив при Университете под названием «Резонанс». Первое официальное выступление на публике состоялось 17 ноября 1996 г. – в День Международной солидарности студентов, во время первого фестиваля «Гаудеамус» нашего Университета. Могу сказать, что в те годы я не пропустила ни одного мастер-класса по современной хореографии и режиссуре, что проходили в Хабаровске. Занималась в танцевальном центре «Unidance», танцевальной школе «Street Jazz» и в школе «Тодес». Была на занятиях и у руководителя балета «Тодес» Аллы Духовой, они многое мне дали. Не могу сказать, что я со всем согласна, но фраза Алла Духовой мне очень понравилась: «Это – не цирк, на тренировке нельзя сидеть и смотреть со стороны, на тренировке нужно заниматься до седьмого пота!». Этой точки зрения придерживаюсь и я.

    О «РЕЗОНАНСЕ» ГОВОРЯТ…

    Елена Краснова:

    — «Резонанс» — это большая семья. С первых дней существования коллектива мы всё делаем вместе. У нас и отношения семейные. Я всегда говорю, что не люблю, когда мои дети ссорятся, конфликтуют. Я за то, чтобы ребята в «Резонансе» знали разные поколения наших танцоров. И очень приятно, когда приезжают танцоры «Резонанса» первых составов и дают мастер-классы, наставления нынешнему поколению. У нас уже появились семейные пары и семейные династии.

    Евгений Демьянов:

    — 20 лет назад мы были первыми в Хабаровске, кто занятие танцами поставил на такой высокий уровень. Организаторы студии – Наталья Николаевна и Алена Васильевна Красновы, хореограф Владимир Гущин и танцоры студии показали, что танцы – это не просто увлечение, это настоящий праздник, который может продолжаться всю жизнь. До 2005 г. у «Резонанса» в студенческой среде Хабаровска не было конкурентов.  А сегодня в городе нет ни одной танцевальной школы или студии, среди руководителей или преподавателей которых не было бы выпускников «Резонанса».Еще один секрет нашего успеха: с первого дня «Резонанс» не рассматривался как бизнес-проект. У нас всегда на первом месте стоит творчество. «Резонанс» — это, прежде всего, большая дружная семья, в которой все друг друга любят и уважают. И традиции, заложенные 20 лет назад, живут и развиваются, передаются из поколения в поколения.

    Владимир Гущин:

    — На первом этапе как танцоры мы были слабыми. Соревноваться с выпускниками Хабаровского института культуры  было сложно. Мы стали брать организованностью, мобильностью и энергией. Энергия — это основа,  зрителям по большому счету не так важно, какие стили ты танцуешь и какого уровня ты. Ему важна ЖИЗНЬ на сцене! Вот мы и были живыми, настоящими. И безумными!  А еще «Резонанс» — школа жизни. Здесь я вырос как танцор, как хореограф. Создал для себя систему творческого менеджмента. Дал мне личные отношения, друзей.  

    Алексей Лопухов:

    — Для меня в «Резонансе» все победы ценные,  не важно — это «Студенческая весна» или межинститутский «Гаудеамус». Каждый раз на сцене я испытавал ощущение гармонии и реализованности, для меня это всегда важнее, смогу ли я реализовать на сцене на 200 процентов то, что я/мы готовили.

    Фото с информационного портала DVhab.ru.

    Resonance | HowStuffWorks

    Резонанс. Объект, который может вибрировать, имеет тенденцию делать это с определенной частотой, называемой естественной или резонансной частотой объекта. (Эта частота зависит от размера, формы и состава объекта.) Такой объект будет сильно вибрировать, когда он подвергается вибрациям или регулярным импульсам с частотой, равной или очень близкой к его собственной частоте. Это явление называется резонансом. Из-за резонанса сравнительно слабая вибрация одного объекта может вызвать сильную вибрацию другого.По аналогии, термин резонанс также используется для описания явления, при котором колеблющийся электрический ток усиливается электрическим сигналом определенной частоты.

    Пример резонанса — двигатель, который вызывает вибрацию предмета мебели в другой части того же дома. Эти колебания возникают из-за того, что мебель имеет собственную частоту, равную частоте колебаний, создаваемых двигателем. Говорят, что мебель находится в резонансе с двигателем.Резонанс также может наблюдаться в автомобиле, когда определенная часть пепельницы, например, вибрирует, когда автомобиль движется с определенной скоростью. Зольник находится в резонансе с вибрациями двигателя на этой скорости.

    Механический резонанс может вызывать вибрации, достаточно сильные, чтобы разрушить объект, в котором они возникают. Например, солдаты, марширующие по мосту, могут создавать сильные вибрации на собственной частоте моста и раскачивать его. По этой причине солдаты ломают ступеньки, чтобы перейти мост.В 1940 году порывы ветра в районе Пьюджет-Саунд-Нарроуз, Такома, Вашингтон, вызвали колебания подвесного моста с собственной частотой, и мост рухнул.

    В музыке резонанс используется для увеличения интенсивности (громкости) звука. Например, сравнительно слабые колебания, производимые на конце органной трубы, вызывают резонансную вибрацию столба воздуха в трубе, что значительно увеличивает громкость звука. Этот принцип также применим к человеческому голосу, в котором колебания голосовых связок усиливаются резонансными колебаниями в ротовой и носовой полости.

    Электрический резонанс используется для настройки радиоприемников и телевизоров. Настройка заключается в создании контура с резонансной частотой, равной заданной частоте желаемой станции.

    9 повседневных примеров резонанса — StudiousGuy

    Вы когда-нибудь задумывались, как радио выбирает определенные частоты, чтобы вы могли включить ваш любимый канал, или почему на концерте оркестра разбивается стекло? Вы когда-нибудь чувствовали, что мост вибрирует, когда вы идете по нему? Как вы думаете, почему вы попадаете в такие ситуации? Ответ кроется в явлении резонанса.

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

    Давайте посмотрим на примеры резонанса, которые встречаются в нашей повседневной жизни.

    1. Качели

    Детские качели — один из хорошо известных примеров резонанса.Когда мы толкаем качели, они начинают двигаться вперед и назад. Если дать качелям серию регулярных толчков, можно построить их движение. Человек, который толкает тетиву, должен синхронизировать время взмаха. Толкатель должен синхронизироваться с временем качания. Это приводит к увеличению амплитуды качания, чтобы достичь большего. Когда качели достигают собственной частоты колебаний, легкое нажатие на качели помогает сохранить его амплитуду из-за резонанса.Мы называем это синхронизированное движение «Резонансом». Но если толчок нерегулярный, качели почти не будут вибрировать, и это несинхронизированное движение никогда не приведет к резонансу, и качание не будет повышаться.

    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 ее (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 это колебание в электрический сигнал, который отправляется 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 толкаем маятник, он будет двигаться вперед и назад. Продолжительное нажатие через равные промежутки времени вызовет увеличение движения маятника. Если маятник регулярно толкают, его движение может быть значительно увеличено.

    4. Певица разбивает бокал

    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 предмета определяется его формой и составом.Если голос певца попадает на резонансную частоту бокала с вином, происходит передача энергии. Однако полная передача энергии может вызвать разбитие стекла.

    5. Мост

    Группу солдат во время марша по мосту очень часто просят ломать ступеньки. Их ритмичный марш может вызвать экстремальные вибрации на собственной частоте моста. Если их синхронизированные шаги резонируют с собственной частотой моста, это может расшатать мост.Таким образом, при проектировании таких конструкций инженеры следят за тем, чтобы резонансные частоты компонентов отличались от резонансных частот других колеблющихся компонентов. Самый крупный пример того же — Tacoma Bridge Collapse , в котором частота воздуха совпадала с частотой моста, что приводило к его разрушению.

    6. Музыкальная система, играющая в высоком тяжелом ритме

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

    7. Поющий в душе

    Люди, которые не очень хорошо поют, звучат намного лучше во время пения в душе, потому что излучаемые чистые ноты резонируют в душевой кабине. Санузел закрытый и иногда небольшой; когда вы поете, звуковые волны чаще ударяют о стены, заставляя стену вибрировать, поскольку стены параллельны друг другу. Отраженные звуки ударяются друг о друга, 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. Тогда собственная частота приемника совпадает с частотой передачи радиостанции. Когда две частоты совпадают, происходит передача энергии, и мы слушаем выбранный канал.

    9. Микроволновая печь

    Пища быстро нагревается в микроволновой печи из-за резонанса.Излучение, испускаемое микроволновой печью, имеет 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 нагрев пищи.

    Smithsonian — Resonance

    В физике термин «резонанс» относится к естественной тенденции многих объектов вибрировать на одних частотах сильнее, чем на других. Частоты, на которых это происходит, называются резонансными частотами объекта.” В акустике широко используется особый вид резонанса, называемый воздушный резонанс . Это происходит, когда воздух в контейнере начинает вибрировать и издавать звук. Примером этого является звук, издаваемый, когда вы дуете через верхнюю часть пустой бутылки. Когда воздух в вашем дыхании ударяется о край отверстия бутылки, он создает волны давления в бутылке, которые, в свою очередь, заставляют воздух внутри вибрировать быстро и в унисон. Эта быстро колеблющаяся масса воздуха и издает звук.Форма и размер контейнера — вот что определяет его частоту. Более сильный или слабый дует влияет только на его громкость. В 1850-х годах немецкий ученый Герман Гельмгольц использовал этот принцип для создания нового мощного научного инструмента — акустического «резонатора». Он по-прежнему включал движущуюся массу воздуха, но вместо , производящего звука, этот инструмент использовался для обнаружения звука. Гельмгольц смог сконструировать сосуды, которые реагировали бы только на определенную частоту звука и значительно усиливали этот звук, когда он присутствовал.Резонаторы также могли увеличивать время звучания тона, что в эпоху отсутствия микрофонов и динамиков было важным достижением.

    Резонаторы Гельмгольца

    Набор из 16 резонаторов Гельмгольца. Изготовленные из кусочков латуни, которые были прядены на токарном станке, они удивительно легкие и удобные в обращении. Гельмгольц разработал их, чтобы продемонстрировать свою теорию о том, что все гласные и музыкальные звуки состоят из комбинаций простых чистых нот («Теория тембра» Гельмгольца).Он правильно заметил, что музыкальные звуки, особенно высокие, часто воспринимаются как единая масса звука. Но с этими резонаторами даже люди без музыкального образования могли легко различать простые чистые тона, даже когда они были слабыми и смешивались с другими звуками.

    Каждый резонатор был тщательно настроен, чтобы реагировать только на одну частоту. Для человека, использующего его, резонанс возникнет довольно внезапно, с безошибочным усилением определенного звука. Чтобы использовать эти резонаторы, маленький конец вставляли прямо в ухо и запечатывали небольшим количеством теплого воска.Другое ухо также было закрыто восковой пробкой. Как только это было сделано, Гельмгольц писал: «Большинство тонов, производимых в окружающем воздухе, будут значительно приглушены; но если звучит правильный тон резонатора, он сильнее всего проникает в ухо ».

    Колокол и резонатор Савара

    Во второй четверти XIX века французский ученый Феликс Савар изобрел этот прибор для демонстрации резонанса. Он состоит из «колокола» (или латунной чаши) и подвижного деревянного резонатора.В демонстрации колокол приводился в действие при ударе или поклоне. Когда звонок прозвенел, его громкость можно было увеличить или уменьшить, перемещая резонатор ближе или дальше. Когда звук колокола стал едва слышным, эффективной демонстрацией было быстрое перемещение резонатора прямо рядом с ним. Увеличение громкости — «резонансный эффект» — поразительно.

    Резонансные стержни

    Этот набор резонансных планок, каждая со своим собственным резонатором, можно использовать в интересной демонстрации.Во-первых, поскольку стержни физически идентичны, они имеют одинаковую резонансную частоту. И этот звук сильно усиливается деревянными резонаторами, на которых установлены штанги. В демонстрации два инструмента расположены на некотором расстоянии друг от друга, и по первому такту резко ударяют, чтобы получился тон. Поскольку две полосы идентичны, вторая полоса будет реагировать на звук первой одинаковой тональности. Если первая полоса демпфирована, так что она больше не издает звука, будет замечено, что звук теперь издается (слабо) второй полоской.Вторая полоса «резонирует» со звуком первой.

    Вход в резонанс | Природа Физика

    Понятие «резонанс» — одна из самых известных идей в науке. Два маятниковых часа в резонансе синхронизируются, звуковые волны нужной частоты вызывают сильные колебания в барабане, а фотоны, настроенные на атомные переходы, переводят атомы в возбужденное состояние.Физики элементарных частиц часто обнаруживают новые частицы по появлению резонансов в данных рассеяния. И все мы, конечно же, рассчитываем на резонанс в использовании беспроводной связи.

    В 1965 году в своих знаменитых лекциях по физике Ричард Фейнман предположил, что концепция резонанса стала настолько влиятельной, что каждый новый том Physical Review будет содержать по крайней мере одну резонансную кривую — характерный пик поглощения в спектральном спектре. область вокруг собственной внутренней частоты некоторой исследуемой колебательной системы.И все же, современное знакомство с концепцией скрывает необычную историю чрезвычайно медленного распознавания, полное понимание которого занимает около 300 лет. Как отмечает Йорн Блек-Нойхаус из Бременского университета в недавнем историческом обзоре (препринт на https://arxiv.org/abs/1811.08353; 2018), немногие научные идеи сопоставимой важности стали оцениваться так медленно.

    В середине семнадцатого века Галилей заметил, что один человек, правильно тянувший тяжелый маятник, мог привести его в такое большое движение, что он мог легко поднять в воздух шесть человек.Несомненно, другие видели подобные эффекты раньше; Галилей записал это. Однако он не смог предложить математического описания и пришел к очень неправильным выводам о том, что происходит, когда периодическая сила приводит в движение естественную колебательную систему. В частности, он пришел к выводу, что результирующее движение никогда не может отклоняться от собственной собственной частоты колебательной системы. Эта точка зрения, по-видимому, соответствовала его убеждению, что приливы не могут быть вызваны воздействием Луны, а должны иметь какое-то другое происхождение.

    Несмотря на то, что он основал классическую и небесную механику, Исаак Ньютон никогда напрямую не занимался проблемой управляемого движения неастрономической гармонической механической системы. Первое современное понимание этого вопроса — и исправление ошибки Галилея — ожидало развития исчисления в восемнадцатом веке, когда Леонард Эйлер решил проблему, используя дифференциальное уравнение, очень похожее на то, что мы записываем сегодня. Он пришел к выводу, что в нерезонансном состоянии движение ведомой колебательной системы без трения или демпфирования будет иметь два компонента на разных частотах — вынужденную частоту и собственную частоту ведомой системы.Он также рассмотрел случай резонансного согласования двух частот и пришел к выводу, что амплитуда колебаний будет линейно увеличиваться во времени и потенциально неограниченно.

    Можно было ожидать, что этот прорыв в механике продвинул явление резонанса в центр физики и инженерии, но этого не произошло. Возможно, как отмечает Блек-Нейгауз, это связано с тем, что сам Эйлер рассматривал эту проблему только как математическое любопытство, не имеющее практического значения. Затем результаты Эйлера игнорировались более века, пока не были получены снова независимо в девятнадцатом веке Томасом Янгом.Как ни странно, однако, Янг рассматривал проблему только в связи с анализом приливов, и поэтому его работа также впоследствии была проигнорирована и не оказала никакого влияния на механику в целом, ни в физике, ни в технике.

    Действительно, все время, вплоть до самого конца девятнадцатого века, ученые неохотно использовали термин «резонанс» в связи с чем-либо, кроме акустических явлений, от которых он возник. Использование этого слова в других областях — особенно в механике и анализе вибраций в машинах — всегда включало некоторую оговорку о том, что связь была «только по аналогии», несмотря на формальную эквивалентность фундаментальных динамических уравнений.

    Использование этой концепции распространилось только с признанием резонансных эффектов в общих акустических системах Рэлеем и Гельмгольцем в 1860-х годах, за которыми последовали эксперименты Уильяма Томсона, демонстрирующие естественное резонансное поведение LC-контуров. В 1885 году немецкий физик Антон Овербек озаглавил статью «О явлении электрических колебаний, которое похоже на резонанс». Как оказалось, Овербек был первым ученым, когда-либо записавшим знаменитую резонансную кривую, показывающую напряжение, возбуждаемое на разных частотах, и пик, обусловленный резонансным взаимодействием.

    Не скоро Генрих Герц связал такие резонансные явления с генерацией распространяющихся электромагнитных волн, и Гульельмо Маркони вскоре использовал их для реализации беспроводной связи. Но все это, как выясняется, произошло до того, как инженеры по-настоящему начали осознавать роль резонанса в более осязаемых механических системах. Постепенное признание резонанса как механического явления произошло только потому, что драматические отказы мостов и машин заставили инженеров болезненно осознать неадекватность статического анализа сил и необходимость учитывать удивительные эффекты взаимодействий на одинаковых частотах.

    Работая в основном с первоисточниками в Германии, Блек-Нойхаус с готовностью признает, что его история концепции резонанса ориентирована на немецких ученых. Мне это было интересно. Мои знания об Арнольде Зоммерфельде, который изучал в качестве студента физики в Соединенных Штатах, в основном благодаря его появлению в учебниках по квантовой механике, сосредоточены на его релятивистских усовершенствованиях модели атома Бора, сыгравшей важную роль в раннем или « старом ». ‘ квантовая теория. Возможно, это был его самый важный вклад.Но интересно узнать, что в 1902 году, будучи молодым профессором ключевого технологического института в Аахене, Зоммерфельд сыграл важную роль в том, чтобы подтолкнуть инженеров к осознанию практической важности механического резонанса — тогда в значительной степени неизвестного.

    Зоммерфельд сделал это отчасти благодаря драматическому эксперименту. В эксперименте он устроил шаткий стол для поддержки тяжелой машины. Увеличение подаваемой мощности могло заставить машину работать быстрее, но только до определенного предела. По мере того, как возрастающая мощность толкала машину все быстрее и быстрее, приближаясь к резонансной частоте стола, наблюдатели могли видеть, что дополнительная энергия только заставляла стол вибрировать более яростно.Зоммерфельд, как отмечает Блек-Нойхаус, «не преминул сказать, что это будет означать увеличение счета за топливо без получения чего-либо, кроме риска повреждения машины и здания». Это явление стало известно как «эффект Зоммерфельда». Только позже Зоммерфельд переехал в Мюнхенский университет и основал свою чрезвычайно влиятельную школу теоретической физики.

    Одна из самых удивительных вещей в науке — это то, насколько очевидными могут казаться определенные принципы, однажды понятые, хотя раньше они были совсем не очевидны.Эта история резонанса — еще один хороший пример — идея очевидна сейчас для любого студента инженерного факультета, но она бросала вызов лучшим умам в науке на протяжении более трех столетий.

    Информация об авторе

    Принадлежность

    1. Nature Physics

      Марк Бьюкенен

    Автор, ответственный за переписку

    Марк Бьюкенен.

    Об этой статье

    Цитируйте эту статью

    Buchanan, M.Входя в резонанс. Nat. Phys. 15, 203 (2019). https://doi.org/10.1038/s41567-019-0458-z

    Скачать цитату

    Поделиться этой статьей

    Все, с кем вы поделитесь следующей ссылкой, смогут прочитать это содержание:

    Получить ссылку

    Извините, Ссылка для совместного использования в настоящее время недоступна для этой статьи.

    Предоставлено инициативой по обмену контентом Springer Nature SharedIt

    Дополнительная литература

    • Долгоживущие внутренние уединенные волны второй моды в Андаманском море

      • Дж.M. Magalhaes
      • , J. C. B. da Silva
      • и M. C. Buijsman

      Научные отчеты (2020)

    Understanding Resonance, с участием F.P. Journe Chronomètre à Résonance, Armin Strom Mirrored Force Resonance и Haldimann h3 Flying Resonance — Reprise

    Resonance. Нет, это не кавер-группа Evanescence на тему Tesla.

    Резонанс — это физический принцип, который, честно говоря, большинству людей никогда не понадобится знать в повседневной жизни.Так что же такое резонанс?

    Это слово даже в часовом мире настолько загадочно и редко, что его можно услышать всего один или два раза в десятилетие (если вы не специализируетесь на таких вещах).

    Трио наручных часов Resonance: Armin Strom Mirrored Force Resonance, Haldimann h3 Flying Resonance и F.P. Journe Chronomètre à Résonance

    Насколько мне известно, когда-либо было разработано всего три наручных часа с легендарным феноменом резонанса: часы F.P. Journe Chronomètre à Résonance, Beat Haldimann’s h3 Flying Resonance и недавний Armin Strom Mirrored Force Resonance. Было также несколько карманных часов и часов, первые из которых появились около 200 лет назад.

    Карманные часы Breguet N ° 2667 с резонансом, модель 1814

    Особенность часов

    Resonance заключается в том, что в них используются два баланса, которые синхронизируются за счет явления резонанса, что позволяет им поддерживать более стабильную скорость. Каждый помогает другому оставаться последовательным и из-за резонанса компенсирует любые отклонения друг от друга.Это отличается от часов с дифференциалом, в которых используются умные зубчатые передачи для уравновешивания средних значений. Но резонанс буквально меняет способ колебания каждого баланса.

    Это очень похоже на магию, если вы не разбираетесь в физике передачи энергии.

    Каждый из немногих существующих часов подходит к этому явлению немного по-своему, но каждый был создан в поисках лучшей стабильности хода.

    Но это не говорит вам, , что это такое, , и многие доступные объяснения говорят в часто неясном словаре копирования / вставки и определениях Википедии.В октябре 2017 года мы опубликовали подробный хронологический анализ того, как технически работает резонанс по отношению к Armin Strom Mirrored Force Resonance от часовщика, но это касается только конкретных деталей этих конкретных часов и механизмов, а не явления в целом.

    Здесь я, надеюсь, легко объясню, что такое резонанс, принципы, на которых он основан, почему он работает и почему резонанс довольно примечателен и важен для хронометрии.

    Резонанс по книге

    Концепция резонанса довольно проста, но для достижения цели использует очень специфические функции физики. Основное определение резонанса — это «явление, при котором колеблющаяся система или внешняя сила заставляет другую систему колебаться с большей амплитудой на определенных частотах».

    Хорошо, я понял. Ну не совсем.

    Сначала мы должны понять, что это общее определение резонанса, и нас больше интересует конкретное явление, называемое механическим резонансом, которое представляет собой «тенденцию механической системы реагировать с большей амплитудой, когда частота ее колебаний совпадает с частотой колебаний. собственная частота колебаний системы.”

    Ага, теперь ясно. Ясно, как грязь.

    Эти определения не подходят для объяснения явления никому, кроме тех, кто в настоящее время изучает математику и физику, или тех, кто имеет приличный опыт в смежных темах. Итак, давайте разберемся с основами.

    Золотой механизм F.P. Journe Chronomètre à Résonance

    Резонанс: вибрация и волны — это строительные блоки

    Прежде всего необходимо понять, что явление резонанса строго связано с передачей энергии от вибраций и их волн.Возможно, вы знаете, что колебания могут быть представлены в виде волн с высокими гребнями и низкими впадинами. Это изображение, которое имитирует движение струн на скрипке, визуализирует, где находится энергия вибрации.

    На каждом гребне энергия имеет высокий потенциал, поскольку колеблющаяся волна достигает своей наивысшей точки, на мгновение останавливается, а затем падает обратно к центральной точке волны. В центре волны между гребнем и впадиной энергия очень кинетическая, так как колеблется на (важность этого слова мы рассмотрим позже) из одной крайности в другую.

    Волны (и вибрации, которые они представляют) обладают уникальным способом взаимодействия с физической вселенной. Когда две волны встречаются, например, на поверхности пруда или звуковые волны в воздухе, они объединяются или интерферируют друг с другом.

    Как они взаимодействуют, зависит от множества факторов, но волны обычно делают одно из четырех: конструктивно мешают, деструктивно мешают, отражают или приводят к линейной суперпозиции.

    Деструктивная интерференция и линейная суперпозиция, хотя и интересны, не играют существенной роли в явлении резонанса, поскольку мы рассматриваем его, поэтому я проигнорирую их в этом обсуждении.

    Два других — конструктивное вмешательство и отражение — вот где начинается волшебство.

    Резонанс: конструктивная интерференция

    Конструктивная интерференция возникает с волнами, имеющими одинаковую длину или частоту — другими словами, период между каждой парой гребней и впадин волн.

    Это также называется высотой звука, то есть высотой звука (частотой), и представляет собой буквальное расстояние между двумя точками одного и того же пятна в повторяющемся паттерне. Это прекрасно описывает, как работают волны в океане; вы можете измерить гребень одной волны до гребня следующей волны.Это расстояние — длина волны, а расстояние по отношению ко времени называется частотой.

    Когда две волны вибрации имеют одинаковую частоту и встречаются, гребни и впадины волн либо совпадают, либо отражают друг друга, либо что-то среднее между ними.

    Когда они отражают друг друга, это вызывает деструктивную интерференцию, то есть они нейтрализуют друг друга. Но при совпадении конструктивно мешают. Это означает, что энергия каждой точки вдоль волны увеличивается, поэтому гребни и впадины становятся больше, приобретая большую амплитуду.

    Это можно наблюдать по ряби в пруду или по двум детям, которые хлестают каждый конец скакалки, заставляя волну встречаться посередине.

    Детские качели

    Но лучшая демонстрация для наших целей — это детские качели, которые кто-то толкает. Если качели толкнуть один раз, они будут раскачиваться взад и вперед, каждый раз теряя энергию, пока не остановятся, что является примером потери амплитуды волны.

    Но если вы нажмете на это колебание точно в нужное время, точно так же, как «волна» той же частоты встречает «волну» колебания, вы можете сохранить колебание и даже сделать его выше.В этом сценарии вы сопоставляете частоту колебания и конструктивно вмешиваетесь в его волну (так как его движение может быть изображено как волна).

    Резонанс был всегда

    Причина, по которой пример качания применим, заключается в том, что, согласно определению резонанса, именно так баланс и волосковая пружина колеблются с постоянной скоростью.

    Ранее было сказано, что все часы — и часы, если на то пошло — работают по принципу резонанса, поскольку баланс подобен качелям: он получает толчок в нужный момент, чтобы увеличить свою амплитуду до резонансной частоты. система.

    Вот и все, что есть резонанс: некоторая внешняя сила или вибрация, действующие на систему, заставляющие ее вибрировать все сильнее, пока она не совпадет с резонансной частотой механической системы. Резонансная частота — это собственная частота, на которой объект или система вибрируют наиболее легко.

    В этом случае внешняя сила — это драгоценный камень импульса на рычаге спуска, воздействующий на балансировочное колесо и узел спиральной пружины. Баланс и волосковая пружина — это «механическая система», которая имеет резонансную частоту, которая обычно является частотой, на которой она была разработана, чтобы колебаться от 2.От 5 до 5 Гц.

    Слово «колебаться» очень важно для всего этого обсуждения. Энергия, движущаяся вперед и назад, вибрирующая, как качели на детской площадке, — вот что такое резонанс. И именно колебания меняются, когда в игру вступает явление резонанса.

    Но когда мы говорим о резонансе как о двух балансах, поддерживающих друг друга в согласованной стабильной скорости, изменение колебаний на самом деле происходит из-за другого фундаментального способа взаимодействия волн, упомянутого выше: отражения.

    Отражение ведет к стабильности

    Теперь мы подошли к сути проблемы: двум отдельным механическим системам, которые колеблются на своих резонансных частотах.

    Зеркальный силовой резонанс Армина Строма

    По делам F.P. В «Chronomètre à Resonance» Журна и «Mirrored Force Resonance» Армина Строма есть две полностью отдельные зубчатые передачи, ведущие к двойным осцилляторам с индивидуальными спусками.

    Схема движения в значительной степени симметричного F.П. Журн Chronomètre à Résonance

    Модель

    Haldimann h3 Flying Resonance имеет одну зубчатую передачу, приводящую в действие парные парящие турбийоны, вращающиеся вокруг общей центральной оси. Каждый баланс имеет собственный спуск, что означает, что они по-прежнему являются отдельными резонансными механическими системами.

    Победить Халдимана h3 Flying Resonance

    Поскольку оба баланса работают через резонанс, настоящая магия происходит не из-за общей концепции резонанса; это то, как резонанс влияет на другие резонансные системы через отражение волн.

    Давайте разберемся, как отражение влияет на волны вибрации, используя аналогию с длинной веревкой, привязанной к шесту.

    Ребенок шевелит концом веревки, заставляя его вибрировать, создавая гребенчатую волну (как мы все делали со скакалкой в ​​детстве). Волна спускается по веревке, прежде чем достигнет полюса. Когда он достигает полюса на конце веревки, удерживая его, он отражает волну обратно вдоль веревки, сдвигая гребень к желобу и сдвигая волну по фазе. Это пример отражения одиночной волны.

    А теперь представим ту же веревку, но с детьми на концах. Эти дети изображают двойное балансирное колесо на резонансных часах.

    На внешних концах веревки двое детей «вибрируют» на каждом из концов, создавая волны в веревке, идущие со всех сторон. Если ребенок A заставляет большую волну спускаться по веревке, а ребенок B делает небольшую волну, волны проходят посередине (и на мгновение конструктивно или разрушительно мешают), прежде чем перейти к противоположным концам.К каждому из детей приближаются волны: маленькая волна в сторону ребенка A и большая волна в сторону ребенка B .

    Здесь и происходит отражение. Если каждый ребенок будет держать конец веревки неподвижно, его не сбросит волна, спускающаяся по веревке. Но они поглотят небольшое количество энергии волны, прежде чем отразить ее другому ребенку. Теперь каждая волна немного поменьше, потеряв немного энергии для каждого ребенка.

    Когда мы вернемся от аналогии с веревкой к двум весам в резонансных часах, каждое колебание весов будет таким же, как и каждый ребенок, взмахивающий веревкой.Каждый раз, когда колесо баланса достигает максимальной амплитуды, оно посылает небольшое количество энергии в виде волны вибрации на другой баланс и наоборот.

    Волна достигает другого баланса и отражается обратно, но не раньше, чем теряет немного энергии на этом балансе. Это небольшое количество энергии слегка сдвигает период колебаний баланса, делая его немного другим.

    Почему работает резонанс

    А теперь пришло время волшебства.

    В зависимости от того, как балансы механически связаны, отражающие волны будут делать разные вещи.В целом, энергия отражающей волны заставляет весы двигаться в очень малом масштабе, слегка изменяя амплитуду колебаний.

    Все часы, упомянутые выше, используют разные методы для достижения одного и того же конечного результата за счет немного разной передачи энергии.

    F.P. Journe Chronomètre à Résonance

    В F.P. Journe Chronomètre à Résonance, оба баланса крепятся к одной основной пластине двумя отдельными кранами и размещаются очень близко друг к другу. Близость в сочетании с тщательно продуманной конструкцией основной пластины позволяет волнам вибрации проходить через твердый металл основной пластины и влиять на колебания другого баланса, слегка изменяя его период.Энергия настолько мала, что эффект крайне минимален.

    F.P. Journe Chronomètre à Résonance

    Если оба весов не регулируются с точностью до пяти секунд в день одной и той же частоты во всех положениях (которая в данном случае составляет 3 Гц), разница в частоте и величине фазового сдвига будет слишком большой для небольшой величины. передачи энергии, чтобы сдвинуть две балансные частоты, чтобы они были идеально синхронизированы по фазе. Фактически, они сдвинуты по фазе ровно на 180 градусов, поэтому оба баланса вращаются в противоположных (зеркальных) направлениях.

    Кроме того, волосковые пружины должны быть свободно подпружиненными, поскольку это увеличивает жесткость крепления пружины и, следовательно, передачу энергии вибрации на балансировочный кран. Пружина, прикрепленная к регулятору, слишком сильно изолирует силу и рассеивает волну, прежде чем она сможет достичь другого баланса.

    Халдиманн h3

    В случае Haldimann h3 Flying Resonance метод Журна был бы невозможен, поскольку два баланса подвешены и летают на каретке турбийона.

    Передачу энергии нужно осуществить другим способом. Волосковые пружины на двух балансах также имеют свободную подпружину, но вместо пружин, жестко закрепленных на балансировочном кране (не очень похожей на конструкцию двойного парящего турбийона), они прикреплены к «резонансной соединительной пружине». Эта пружина в основном представляет собой несколько жесткую лопасть, которая охватывает каркас турбийона с прикрепленными к нему каждой волосковой пружиной.

    Победить Халдимана h3 Flying Resonance

    Обе спиральные пружины нажимают на соединительную пружину при каждом колебании, посылая очень короткую волну вибрации на противоположный баланс.Эта передача энергии довольно прямая и автоматически регулирует частоту ударов баланса, очень незначительно изменяя длину волосяной пружины.

    Опять же, для выравнивания фаз необходимо очень точно настраивать оба баланса с точностью до пяти секунд в день одной и той же частоты (2,5 Гц). Но нет никакого беспокойства о передаче энергии, поскольку спиральные пружины связаны вместе и не зависят от вибрационной энергии, проходящей через стержни балансира, драгоценности, балансировочные краны и основные пластины.

    Зеркальный силовой резонанс Армина Строма

    Зеркальный силовой резонанс Армина Строма использует ту же концепцию, что и Haldimann h3, но несколько другим способом. В Armin Strom Mirrored Force Resonance используются две зубчатые передачи, как в F.P. Журн, но заставляет их бегать в противоположных направлениях. Это гарантирует, что оба весов отклонятся по фазе на 180 градусов, но таким образом, чтобы создать большее визуальное впечатление, поскольку нижняя секундная стрелка вращается в обратном направлении.

    Но пока он настроен аналогично F.П. Журн, говоря о зубчатых передачах, Armin Strom фактически заимствует идею соединительной пружины и представляет собственную «резонансную пружину сцепления». В отличие от Haldimann, пружина сцепления Armin Strom длинная, мускулистая и жестко закреплена на каждом конце. Пружина сцепления сложной формы имеет два места для плавающей шпильки с волосковой пружиной примерно на одной трети расстояния от каждого конца пружины сцепления.

    Зеркальный силовой резонанс Армина Строма

    Волосковые пружины крепятся к этим шпилькам, и посредством мягких колебаний центральной части пружины сцепления каждый баланс посылает волну вибрации с небольшим количеством энергии на другую волосковую пружину и балансирует, пока они не начнут колебаться вместе на 180 градусов в противофазе. .

    Но поскольку точки крепления находятся не на конце плавающей пружины, а в середине жестко установленной пружины, имеющей очень специфическую форму, деформация пружины сцепления движется почти идеально линейно.

    Это сделано для того, чтобы система имела больший контроль над применением регулировки к другой волосковой пружине; плавающие шпильки теперь действуют как постоянно движущиеся рычаги регулятора. Как только это происходит, вся пружина сцепления фактически начинает колебаться, обеспечивая постоянную регулировку быстрее и медленнее во время каждого колебания каждого баланса.

    Armin Strom Зеркальный силовой резонансный огонь

    Эта установка имеет уникальный аспект, заключающийся в том, что она не требует точной настройки каждого баланса в пределах пяти секунд в день; на самом деле два баланса могут отклоняться друг от друга на 250 секунд в день и все равно будут колебаться вместе. Конечно, баланс по-прежнему настроен очень точно, оба с частотой 3,5 Гц.

    Но уникальный метод сопряжения означает более медленную повторную синхронизацию, требующую нескольких минут после серьезного толчка и до десяти минут для повторной синхронизации, когда запас мощности иссякает, и вы должны снова завести его.

    Почему резонанс имеет значение

    Тем не менее, явление резонанса или, возможно, более точно отраженного резонанса, не столько о точности, сколько о согласованности. В часовом деле точность часто преподносится как конечная цель создания хороших часов, но на самом деле точность сама по себе не делает хорошего хронометриста: это постоянство.

    Постоянство скорости — это то, что на самом деле позволяет вашим часам точно показывать время в течение нескольких дней, недель или месяцев.

    Если часы профессионально настраиваются с точностью до пяти секунд в день или, еще лучше, пяти секунд в неделю, это замечательная точность.Но если эти же часы (при условии, что они не проверяются на точность часового таймера) подвергаются ударам и перепадам температуры, что приводит к резким колебаниям общей скорости, то при ношении они могут легко увеличивать или терять много секунд или минут каждый день. в очень разных обстоятельствах.

    Если у вас есть часы, которые настроены так, чтобы каждый день терять 30 секунд, но они теряют только эти 30 секунд, не больше и не меньше, то эти часы гораздо более надежны для точного хронометража, так как вы можете рассчитывать на то, что они будут медленными. 30 секунд каждые 24 часа.Вы также можете настраиваться на это каждый день или два и поддерживать очень точные часы в течение длительного времени.

    Это то, к чему стремится резонанс. Наряду с такими механизмами, как remontoire d’égalité / постоянное усилие, турбийон (в карманных часах) и двойные весы с дифференциалом, часы с резонансом стремятся усреднить и уменьшить колебания в скорости, чтобы обеспечить не более точное измерение времени, а более стабильное хронометрирование. .

    Стабильность гораздо более ценна в долгосрочной перспективе, и явление резонанса использует физику, чтобы поддерживать баланс как можно более стабильным в их скорости.

    Он также использует незначительную передачу энергии, которая обычно теряется на трение, тепло или износ компонентов, и превращает ее в восстанавливающую силу.

    Использование вибраций для поддержания совершенно отдельной вибрации — это довольно гениально, и люди, которые первыми поняли возможности, были в основном волшебниками. Христиан Гюйгенс, Антид Жанвье, Абрахам-Луи Бреге и горстка умных часовщиков, которые занимались физикой, не балуются большинству физиков, а инженерам-строителям снятся кошмары.

    Итак, хотя резонанс может быть немного сложным с точки зрения математики, процесс довольно прост: пусть две вещи вибрируют рядом друг с другом, и они будут влиять друг на друга. Легко, правда?

    Что ж, судя по тому факту, что в производстве всего три модели наручных часов когда-либо отражали это явление, я предполагаю, что это все еще довольно сложно. Надеюсь, этот длинный анализ помог вам понять, почему резонанс — это довольно крутая вещь и почему он довольно редко встречается в часах.

    По сравнению с изготовлением резонансных часов, большинство часового дела можно сравнить с прогулкой по парку.

    * Эта статья была впервые опубликована 17 декабря 2017 года на сайте Understanding Resonance, посвященном The F.P. Journe Chronomètre à Résonance, Armin Strom Mirrored Force Resonance и Haldimann h3 Flying Resonance.

    Вам также могут понравиться:

    Технический взгляд часовщика на зеркальный силовой резонансный огонь Армин Стром: уникальные часы с двойным балансом

    Двойной временной резонанс Armin Strom Masterpiece 1: упрощение со сложностью

    Как диагностировать и предотвратить резонанс

    7 июня, 2016

    Автор: Грант Слингер — инженер-механик II

    В качестве консультантов по вибрации в Pioneer Engineering нас часто вызывают для исследования оборудования, которое демонстрирует чрезмерную вибрацию.Часто предполагается, что простая балансировка ротора решит проблему вибрации. Однако при дальнейшем исследовании нередко обнаруживается, что структурный резонанс является основной причиной чрезмерной вибрации, а балансировка не является жизнеспособным или долгосрочным решением проблемы. Это особенно характерно для оборудования с регулируемой скоростью или оборудования, скорость движения которого недавно изменилась. Но что такое резонанс и как правильно диагностировать и устранять проблему?

    Что такое резонанс?

    Есть два типа вибрации, которые необходимо учитывать при исследовании проблемы потенциального резонанса; вынужденная вибрация и свободная вибрация.Вынужденная вибрация возникает, когда объект заставляется вибрировать с определенной частотой под действием колебательного входа или силы (например, силы дисбаланса). Свободная вибрация возникает, когда объекту придают начальное смещение, а затем позволяют «звенеть» без внешней силы, которая удерживает его в движении. Частота, на которой естественно возникает эта свободная вибрация, известна как собственная частота. Если объект заставляют вибрировать на своей собственной частоте, возникает резонанс. Это то, что вызывает большие амплитуды вибрации, когда скорость движения машины равна или близка к собственной частоте, даже если входные силы низкие.

    Как определить резонанс

    Можно выполнить несколько различных полевых испытаний, чтобы убедиться, что резонанс действительно является причиной чрезмерной вибрации в системе. Двумя наиболее распространенными испытаниями являются испытание на удар в модальном режиме и сбор данных при запуске или выбеге.

    Анализ пуска и останова

    Данные о вибрации, собранные во время запуска или выключения машины, предоставляют обширную информацию, недоступную для данных в установившемся режиме. Что наиболее важно, он дает возможность сравнивать амплитуду и фазу вибрации во всем диапазоне рабочих скоростей.Различные источники вибрации по-разному ведут себя при изменении скорости. Например, дисбаланс обычно вызывает амплитуду вибрации, которая экспоненциально увеличивается с увеличением скорости. Несоосность обычно вызывает вибрацию, линейно возрастающую с увеличением скорости. Однако резонанс характеризуется большим увеличением вибрации на резонансной частоте, но, как правило, более низкими амплитудами на всех других скоростях. На приведенном ниже каскадном графике показан пример типичной вибрации, проявляющейся во время запуска машины с собственной частотой конструкции в ее рабочем диапазоне скоростей.

    Испытание на ударную вязкость

    Часто известный как испытание на удар или модальный анализ, это метод, который позволяет нам экспериментально определять собственные частоты, формы колебаний и демпфирование испытательной конструкции. Если какая-либо из рассчитанных собственных частот находится в пределах или около диапазона рабочих скоростей машины, существует вероятность возникновения резонансного состояния. Обычно полевые модальные испытания проводят с откалиброванным модальным ударным молотком. Молоток содержит датчик нагрузки в наконечнике, который обеспечивает прямое измерение силы удара, приложенной к системе.Акселерометры размещены по всей испытательной конструкции, чтобы измерить отклик системы на удар молота. Спектр этого сигнала вызова может быть использован для определения собственных частот системы. Этот тест обычно выполняется при выключенной машине, однако расширенная обработка сигналов также может использоваться для усреднения вибрации в условиях работы и определения только свободной вибрации.

    Как избежать резонанса

    Как мы видели, резонанс возникает, когда собственная частота системы совпадает с ожидаемыми частотами вынужденной вибрации (например, дисбаланса), что может привести к серьезным уровням вибрации.Если установлено, что резонанс на самом деле является причиной чрезмерной вибрации, что можно сделать, чтобы остановить или минимизировать эффект резонансного состояния?

    Собственная частота системы зависит от двух основных факторов; жесткость и масса. Если собственная частота равна w, w = sqrt (k / m).

    Где k — жесткость, а m — масса. Следовательно, чтобы изменить собственную частоту, нам нужно изменить либо k, либо m, либо и то, и другое. Обычно цель состоит в том, чтобы увеличить собственную частоту до уровня выше любых ожидаемых частот вибрации.Если собственная частота выше или значительно дальше от ожидаемых частот вибрации, резонанс, скорее всего, не возникнет. Эта теория лежит в основе любых структурных изменений, проводимых во избежание резонанса.

    На практике следующие правила могут использоваться для сдвига собственной частоты и минимизации вибрационной характеристики системы;

    1. Добавление жесткости увеличивает собственную частоту
    2. Добавление массы уменьшает собственную частоту
    3. Увеличение демпфирования снижает пиковый отклик, но расширяет диапазон отклика
    4. Уменьшение демпфирования увеличивает пиковый отклик, но сужает диапазон отклика
    5. Уменьшение амплитуды форсирования снижает резонансный отклик

    Если изменение собственной частоты определено как лучшее решение, важно полностью охарактеризовать систему, прежде чем предпринимать какие-либо изменения конструкции.Недавно мы провели анализ вибрации при запуске небольшого здания, примыкающего к энергетической турбине, работающей на природном газе мощностью 200 МВт. При запуске было отмечено значительное увеличение вибрации в здании, когда турбина вышла из диапазона 700 об / мин. Модальные испытания здания на удар показали, что собственная частота находится на той же частоте 700 циклов в минуту, что подтверждает наличие резонансного состояния. Можно легко предположить, что простое добавление жесткости опорной конструкции здания уменьшит амплитуду вибрации.Однако было известно, что первый вал, критичный для ротора, имел скорость около 1500 циклов в минуту. Если к конструкции вслепую добавить жесткость, она может легко сместить собственную частоту в диапазон 1500 циклов в минуту, что значительно ухудшит вибрацию. В этом случае может быть лучше добавить к системе массу и сместить собственную частоту вниз до частоты, при которой силы ниже.

    В Pioneer Engineering мы рекомендуем использовать утвержденную модель анализа методом конечных элементов (FEA) для определения оптимальных изменений конструкции, чтобы исправить и избежать резонансных условий.Это позволяет нам сначала протестировать различные возможные изменения конструкции в компьютерном моделировании, прежде чем рекомендовать какие-либо структурные изменения. Просмотрите канал Pioneer для следующей статьи, озаглавленной «Важность проверки моделей FEA», чтобы получить дополнительную информацию о том, как Pioneer Engineering проверяет и тестирует структурные изменения, чтобы избежать резонанса.

    Pioneer Engineering имеет обширный опыт проведения модального анализа для диагностики проблем резонанса, а также создания теоретических компьютерных моделей FEA для рекомендации проверенных структурных изменений.Для получения дополнительной информации о том, как модальный анализ и FEA могут быть реализованы на вашем предприятии, свяжитесь с нами по телефону 970-266-9005 или здесь.

    14.4 Звуковые помехи и резонанс — Физика

    Задачи обучения раздела

    К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

    • Опишите резонанс и биения
    • Определите основную частоту и ряд гармоник
    • Контрастность резонатора открытого и закрытого типа
    • Решение проблем, связанных с гармоническими сериями и частотой биений

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

    • (7) Научные концепции.Студент знает характеристики и поведение волн. Ожидается, что студент:
      • (D) исследовать поведение волн, включая отражение, преломление, дифракцию, интерференцию, резонанс и эффект Доплера.

    Кроме того, в Руководстве по физике средней школы рассматривается содержание этого раздела лаборатории под названием «Звуковые волны», а также следующие стандарты:

    • (7) Научные концепции. Студент знает характеристики и поведение волн.Ожидается, что студент:
      • (D) исследовать поведение волн, включая отражение, преломление, дифракцию, интерференцию, резонанс и эффект Доплера.

    Раздел Основные термины

    удар частота биений демпфирование основной гармоник
    собственная частота обертонов резонанс резонировать

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL] Перед началом этого раздела было бы полезно рассмотреть свойства звуковых волн и то, как они связаны друг с другом, стоячие волны, суперпозиция и интерференция волн.

    Резонанс и удары

    Сядьте как-нибудь перед пианино и спойте на нем короткую громкую ноту, нажимая на педаль сустейна. Он пропоет вам ту же ноту — струны, которые имеют те же частоты, что и ваш голос, резонируют в ответ на силы звуковых волн, которые вы им послали. Это хороший пример того факта, что объекты — в данном случае струны фортепиано — можно заставить колебаться, но лучше всего они колеблются на своей собственной частоте.

    Движущая сила (например, ваш голос в примере) вводит энергию в систему на определенной частоте, которая не обязательно совпадает с собственной частотой системы.Со временем энергия рассеивается, а амплитуда постепенно уменьшается до нуля — это называется затуханием. Собственная частота — это частота, с которой система будет колебаться, если бы не было движения и демпфирующей силы. Явление возбуждения системы с частотой, равной ее собственной частоте, называется резонансом, а система, работающая на собственной частоте, называется резонансной.

    Большинство из нас играли с игрушками, в которых объект подпрыгивает на резинке, что-то вроде мяча, подвешенного на пальце на рисунке 14.18. Сначала вы держите палец неподвижно, а мяч подпрыгивает вверх и вниз с небольшим демпфированием. Если вы медленно двигаете пальцем вверх и вниз, мяч будет следовать за ним, не подпрыгивая сам по себе. Когда вы увеличиваете частоту, с которой вы двигаете пальцем вверх и вниз, мяч будет колебаться с возрастающей амплитудой. Когда вы ведете мяч с собственной частотой, колебания мяча увеличиваются по амплитуде с каждым колебанием, пока вы им управляете. По мере того, как частота возбуждения постепенно становится выше, чем резонансная или собственная частота, амплитуда колебаний становится меньше, пока колебания почти не исчезнут, и ваш палец будет просто перемещаться вверх и вниз, практически не влияя на мяч.

    Рис. 14.18 Шарик на резиновой ленте перемещается в ответ на палец, поддерживающий его. Если палец движется с собственной частотой мяча на резиновой ленте, то достигается резонанс, и амплитуда колебаний мяча резко возрастает. На более высоких и более низких частотах движения энергия передается к шару менее эффективно, и он реагирует колебаниями с меньшей амплитудой.

    Другой пример: когда вы настраиваете радио, вы настраиваете его резонансную частоту так, чтобы оно колебалось только на частоте вещания (движущей силы) желаемой радиостанции.Кроме того, ребенок на качелях приводится в движение (толкается) родителем на собственной частоте качелей для достижения максимальной амплитуды (высоты). Во всех этих случаях эффективность передачи энергии от движущей силы к генератору лучше всего при резонансе.

    Рисунок 14.19 В некоторых типах наушников для подавления посторонних шумов используются явления конструктивных и деструктивных помех.

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    [BL] [OL] [AL] Камерные вилки и трубы могут использоваться для демонстрации концепции резонанса.Используйте любую трубу или трубку, закрытую с одного конца. Закрепите его так, чтобы он стоял вертикально открытым концом вверх. Выберите камертон и ударьте по нему, чтобы он завибрировал. Поднесите его к горлышку трубы и послушайте звук. Теперь наполните трубу водой и повторите. При изменении уровня воды изменяется длина резонирующего столба воздуха. Продолжайте это делать. При достижении определенной длины звук камертона будет резонировать через колонку.

    Все звуковые резонансы вызваны конструктивными и деструктивными помехами.Только резонансные частоты конструктивно интерферируют, образуя стоячие волны, тогда как другие интерферируют деструктивно и отсутствуют. От гудка над бутылкой до узнаваемости голоса великого певца — резонанс и стоячие волны играют жизненно важную роль в звуке.

    Помехи случаются со всеми типами волн, включая звуковые волны. Фактически, один из способов подтвердить, что что-то является волной , — это наблюдать эффекты интерференции. На рис. 14.19 показан набор наушников, в которых для подавления шума используются умные звуковые помехи.Чтобы получить деструктивную интерференцию, выполняется быстрый электронный анализ, и вводится второй звук, максимумы и минимумы которого полностью противоположны входящему шуму.

    Помимо резонанса, суперпозиция волн также может создавать биения. Биения производятся наложением двух волн с немного разными частотами, но одинаковой амплитудой. Волны чередуются во времени между конструктивной интерференцией и деструктивной интерференцией, придавая результирующей волне амплитуду, которая изменяется во времени.(См. Результирующую волну на рисунке 14.20).

    Эта волна колеблется по амплитуде или биениям с частотой, называемой частотой биений. Уравнение для частоты биений

    . fB = | f1 − f2 |, fB = | f1 − f2 |,

    14,13

    , где f 1 и f 2 — частоты двух исходных волн. Если две частоты звуковых волн похожи, то мы слышим среднюю частоту, которая становится громче и тише с частотой биений.

    Советы для успеха

    Не путайте частоту биений с обычной частотой волны, возникающей в результате наложения.Хотя частота биений задается приведенной выше формулой и описывает частоту биений, фактическая частота волны, полученная в результате наложения, является средним значением частот двух исходных волн.

    Рисунок 14.20 Биения возникают в результате наложения двух волн немного разных частот, но одинаковых амплитуд. Волны чередуются во времени между конструктивной интерференцией и деструктивной интерференцией, придавая результирующей волне изменяющуюся во времени амплитуду.

    Виртуальная физика

    Волновые помехи

    Для этого задания перейдите на вкладку «Звук». Включите параметр «Звук» и поэкспериментируйте с изменением частоты и амплитуды, а также с добавлением второго динамика и барьера.

    Проверка захвата

    Согласно графику, что происходит с амплитудой давления с течением времени. Как называется это явление и что его вызывает?

    1. Амплитуда со временем уменьшается. Это явление называется затуханием.Это вызвано рассеянием энергии.
    2. Амплитуда со временем увеличивается. Это явление называется обратной связью. Это вызвано накоплением энергии.
    3. Амплитуда колеблется со временем. Это явление называется эхом. Это вызвано колебаниями энергии.

    Основная частота и гармоники

    Предположим, мы держим камертон возле конца трубки, которая закрыта на другом конце, как показано на рисунке 14.21, Рис. 14.22 и Рис. 14.23. Если камертон имеет правильную частоту, столб воздуха в трубке громко резонирует, но на большинстве частот он очень мало вибрирует. Это означает, что столб воздуха имеет только определенные собственные частоты. На рисунках показано, как формируется резонанс на самой низкой из этих собственных частот. Возмущение движется по трубке со скоростью звука и отскакивает от закрытого конца. Если трубка правильной длины, отраженный звук возвращается на камертон ровно через полцикла и конструктивно мешает продолжающемуся звуку, производимому камертоном.Входящие и отраженные звуки образуют в трубке стоячую волну, как показано на рисунке.

    Рисунок 14.21 Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном. Возмущение движется по трубе.

    Рисунок 14.22 Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном. Возмущение отражается от закрытого конца трубки.

    Рис. 14.23 Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном. Если длина трубки L подходящая, помеха возвращается к камертону через полцикла и конструктивно мешает продолжающемуся звуку камертона.Эта интерференция образует стоячую волну, и столб воздуха резонирует.

    Стоячая волна, сформированная в трубе, имеет максимальное смещение воздуха (пучность) на открытом конце и отсутствие смещения (узел) на закрытом конце. Вспомните из предыдущей главы о волнах, что движение неограничено в пучности и останавливается в узле. Расстояние от узла до пучности составляет одну четвертую длины волны, и это равно длине трубки; следовательно, λ = 4Lλ = 4L. Такой же резонанс может быть вызван вибрацией, возникающей на закрытом конце трубки или около него, как показано на рисунке 14.24.

    Рис. 14.24 Такая же стоячая волна создается в трубке из-за вибрации, вносимой около ее закрытого конца.

    Поскольку максимальное смещение воздуха возможно на открытом конце, а не на закрытом, есть другие, более короткие длины волн, которые могут резонировать в трубке (см. Рис. 14.25). Здесь стоячая волна имеет в трубке три четверти своей длины волны, или L = (3/4) λ′L = (3/4) λ ′, так что λ ′ = 4L / 3λ ′ = 4L / 3. В трубке резонирует целый ряд коротковолновых и высокочастотных звуков.

    Мы используем специальные термины для обозначения резонансов в любой системе. Самая низкая резонансная частота называется основной, а все более высокие резонансные частоты — обертонами. Все резонансные частоты кратны основной и называются гармониками. Основная гармоника — это первая гармоника, первый обертон — это вторая гармоника и так далее. На рисунке 14.26 показаны основная гармоника и первые три обертона (первые четыре гармоники) в трубке, закрытой с одного конца.

    Рис 14.25 Еще один резонанс для трубки, закрытой с одного конца. У этого есть максимальное вытеснение воздуха на открытом конце и полное отсутствие на закрытом конце. Длина волны короче: три четверти λ′λ ′ равны длине трубки, так что λ ′ = 4L / 3λ ′ = 4L / 3. Эта высокочастотная вибрация — первый обертон.

    Рис. 14.26 Основной и три нижних обертона закрытой с одного конца трубы. У всех есть максимальные вытеснения воздуха на открытом конце и нет — на закрытом конце.

    Основной тон и обертоны могут присутствовать одновременно в различных комбинациях.Например, средняя до ноты на трубе звучит очень иначе, чем средняя до на кларнете, хотя оба инструмента в основном являются модифицированными версиями трубы, закрытой с одного конца. Основная частота такая же (и обычно самая интенсивная), но обертоны и их сочетание интенсивностей различны. Этот микс — это то, что придает музыкальным инструментам (и человеческим голосам) их отличительные характеристики, независимо от того, есть ли у них воздушные колонны, струнные или барабанные пластинки. Фактически, большая часть нашей речи определяется формированием полости, образованной горлом и ртом, и расположением языка для регулировки основных и сочетания обертонов.

    Открытые и закрытые резонаторы

    Резонансные частоты закрытой с одного конца трубки (известной как резонатор с закрытой трубкой): fn = nv4L, n = 1,3,5 …, fn = nv4L, n = 1,3,5 … ,

    , где f 1 — основной тон, f 3 — первый обертон и т. Д. Обратите внимание, что резонансные частоты зависят от скорости звука v и от длины трубки L .

    Другой тип трубки — это трубка, открытая, с обоих концов (известная как открытый резонатор).Примеры — органные трубы, флейты и гобои. Воздушные столбы в трубках, открытых с обоих концов, имеют максимальное вытеснение воздуха с обоих концов. (См. Рисунок 14.27). Стоячие волны формируются, как показано на рисунке.

    Рис. 14.27. Показаны резонансные частоты трубки, открытой с обоих концов, включая основной тон и первые три обертона. Во всех случаях максимальные перемещения воздуха происходят на обоих концах трубы, что дает ей собственные частоты, отличные от собственных частот трубы, закрытой с одного конца.

    Резонансные частоты открытого резонатора

    fn = nv2L, n = 1,2,3…, fn = nv2L, n = 1,2,3 …,

    , где f 1 — основной обертон, f 2 — первый обертон, f 3 — второй обертон и т. Д. Обратите внимание, что труба, открытая с обоих концов, имеет основную частоту в два раза больше, чем она была бы, если бы она была закрыта с одного конца. Он также имеет другой спектр обертонов, чем трубка, закрытая с одного конца. Итак, если у вас есть две лампы с одинаковой основной частотой, но одна открыта с обоих концов, а другая закрыта с одного конца, они будут звучать по-разному при игре, потому что у них разные обертоны.

    Например,

    Middle C будет звучать богаче при игре на открытой трубе, поскольку в ней больше обертонов. Резонатор с открытой трубкой имеет больше обертонов, чем резонатор с закрытой трубкой, потому что он имеет четные кратные основной и нечетной частоты, тогда как закрытая трубка имеет только нечетные кратные.

    В этом разделе мы рассмотрели резонансные и стоячие волны для духовых инструментов, но вибрирующие струны на струнных инструментах также резонируют и имеют основы и обертоны, аналогичные таковым для духовых инструментов.

    Поддержка учителя

    Поддержка учителя

    [BL] [OL] [AL] Другие инструменты также используют воздушный резонанс по-разному для усиления звука. Например, и у скрипки, и у гитары есть звуковые коробки, но разной формы, что приводит к разным структурам обертонов. Вибрирующая струна создает звук, который резонирует в звуковой коробке, значительно усиливая звук и создавая обертоны, которые придают инструменту его характерный аромат. Чем сложнее форма звуковой коробки, тем выше ее способность резонировать в широком диапазоне частот.Тип и толщина дерева или других материалов, используемых для изготовления звуковой коробки, также влияют на качество звука. Попросите учащихся привести еще несколько примеров того, как различные музыкальные инструменты используют явление резонанса.

    Решение задач, связанных с рядом гармоник и частотой биений

    Рабочий пример

    Определение длины трубы для закрытого резонатора

    Если звук распространяется по воздуху со скоростью 344 м / с, какой длины должна быть закрытая с одного конца трубка, чтобы основная частота составляла 128 Гц?

    Стратегия

    Длину L можно найти, переставив уравнение fn = nv4Lfn = nv4L .

    Решение

    (1) Определите известных.

    • Основная частота 128 Гц.
    • Скорость звука 344 м / с.

    (2) Используйте fn = nvw4Lfn = nvw4L, чтобы найти основную частоту ( n = 1).

    (3) Решите это уравнение относительно длины.

    (4) Введите значения скорости звука и частоты в выражение для L .

    L = v4f1 = 344 м / с4 (128 Гц) = 0,672 мл = v4f1 = 344 м / с4 (128 Гц) = 0.672 м

    14,16

    Обсуждение

    Многие духовые инструменты представляют собой модифицированные трубки с отверстиями для пальцев, клапанами и другими устройствами для изменения длины резонирующего столба воздуха и, следовательно, частоты проигрываемой ноты. Для рожков, воспроизводящих очень низкие частоты, таких как тубы, нужны лампы такой длины, чтобы они были свернуты в петли.

    Рабочий пример

    Обнаружение третьего обертона в открытом резонаторе

    Если трубка, открытая с обоих концов, имеет основную частоту 120 Гц, какова частота ее третьего обертона?

    Стратегия

    Поскольку нам уже известно значение основной частоты (n = 1), мы можем найти третий обертон (n = 4), используя уравнение fn = nv2Lfn = nv2L.

    Решение

    Поскольку основная частота (n = 1) равна

    и

    f4 = 4v2L, f4 = 4f1 = 4 (120 Гц) = 480 Гц. f4 = 4v2L, f4 = 4f1 = 4 (120 Гц) = 480 Гц.

    14,18

    Обсуждение

    Чтобы решить эту проблему, не нужно было знать длину трубки или скорость воздуха из-за взаимосвязи между основным и третьим обертоном. В этом примере был резонатор с открытой трубой; обратите внимание, что для резонатора с закрытой трубой третий обертон имеет значение n = 7 (не n = 4).

    Рабочий пример

    Использование частоты ударов для настройки фортепиано

    Настройщики фортепиано постоянно используют биты в своей работе. Сравнивая ноту с камертоном, они прислушиваются к ударам и регулируют струну, пока удары не исчезнут (до нулевой частоты). Если тюнер пианино слышит два удара в секунду, а камертон имеет частоту 256 Гц, каковы возможные частоты фортепиано?

    Стратегия

    Поскольку мы уже знаем, что частота биений f B равна 2, а одна из частот (скажем, f 2 ) равна 256 Гц, мы можем использовать уравнение fB = | f1 − f2 | fB = | f1 − f2 | найти частоту фортепиано f 1 .

    Решение

    Так как fB = | f1 − f2 | fB = | f1 − f2 |,

    мы знаем, что либо fB = f1 − f2fB = f1 − f2, либо −fB = f1 − f2 − fB = f1 − f2.

    Решение для f 1 ,

    f1 = fB + f2 или f1 = −fB + f2.f1 = fB + f2 или f1 = −fB + f2.

    14,19

    Подставляя значения,

    f1 = 2 + 256 Гц или f1 = −2 + 256 Гц f1 = 2 + 256 Гц или f1 = −2 + 256 Гц

    14,20

    Итак,

    f1 = 258 Гц или 254 Гц. f1 = 258 Гц или 254 Гц.

    14,21

    Обсуждение

    Настройщик пианино может изначально не определить, просто слушая, является ли частота пианино слишком высокой или слишком низкой, и должен настроить ее методом проб и ошибок, сделав настройку, а затем снова протестировав.Если после настройки ударов еще больше, то тюнер знает, что пошел не в том направлении.

    Практические задачи

    21.

    Две звуковые волны имеют частоты 250 \, \ text {Гц} и 280 \, \ text {Гц}. Какова частота биений при их наложении?

    1. 290 \, \ text {Гц}
    2. 265 \, \ text {Гц}
    3. 60 \, \ text {Гц}
    4. 30 \, \ text {Гц}
    22.

    Какова длина трубы, закрытой с одного конца с основной частотой 350 \, \ text {Гц}? (Предположим, что скорость звука в воздухе 331 \, \ text {м / с}.)

    1. 26 \, \ text {см}
    2. 26 \, \ text {m}
    3. 24 \, \ text {m}
    4. 24 \, \ text {см}

    Проверьте свое понимание

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Используйте эти вопросы, чтобы оценить достижения учащихся по целям обучения раздела.Если учащиеся борются с определенной целью, эти вопросы помогут определить ее и направить учащихся к соответствующему содержанию.

    23.

    Что такое демпфирование?

    1. Со временем энергия увеличивается, а амплитуда постепенно уменьшается до нуля. Это называется демпфированием.
    2. Со временем энергия рассеивается, а амплитуда постепенно увеличивается. Это называется демпфированием.
    3. Со временем энергия увеличивается, а амплитуда постепенно увеличивается.Это называется демпфированием.
    4. Со временем энергия рассеивается, и амплитуда постепенно уменьшается до нуля. Это называется демпфированием.
    24.

    Что такое резонанс? Когда можно сказать, что система резонирует?

    1. Явление возбуждения системы с частотой, равной ее собственной частоте, называется резонансом, а система, работающая на собственной частоте, называется резонансной.
    2. Явление возбуждения системы с частотой выше, чем ее собственная частота, называется резонансом, и система, работающая на собственной частоте, не резонирует.
    3. Явление возбуждения системы с частотой, равной ее собственной частоте, называется резонансом, и система, работающая на собственной частоте, не резонирует.
    4. Явление возбуждения системы с частотой выше, чем ее собственная частота, называется резонансом, а система, работающая на собственной частоте, называется резонансной.
    25.

    В эксперименте с камертоном и лампой, в случае образования стоячей волны, в какой точке трубки наблюдается максимальное возмущение от камертона? Напомним, что трубка имеет один открытый конец и один закрытый конец.

    1. В середине трубки
    2. Оба конца трубки
    3. На закрытом конце трубки
    4. На открытом конце трубки
    26.

    В эксперименте с камертоном и лампой, когда столб воздуха будет издавать самый громкий звук?

    1. Если камертон вибрирует с частотой, вдвое превышающей собственную частоту столба воздуха.
    2. Если камертон вибрирует с частотой ниже собственной частоты столба воздуха.
    3. Если камертон вибрирует с частотой выше собственной частоты столба воздуха.
    4. Если камертон вибрирует с частотой, равной собственной частоте столба воздуха.
    27.

    Что такое резонатор с закрытой трубой?

    1. Труба или цилиндрическая воздушная колонна, закрытая с обоих концов
    2. Труба с пучностью на закрытом конце
    3. Труба с узлом на открытом конце
    4. Труба или цилиндрическая воздушная колонна, закрытая с одного конца
    28.

    Приведите два примера открытых резонаторов.

    1. фортепиано, скрипка
    2. барабан, таблица
    3. электрогитара, акустическая гитара
    4. флейта, гобой
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *