Primjeri rezonancije u životu

Kako zvučni i svjetlosni valovi utječu na rezonanciju? Što su vibracije i rezonantne frekvencije objekata? Koji se svakodnevni primjeri rezonancije mogu naći u životu? Kako razbiti čašu glasom? Ako bolje pogledate, možete vidjeti primjere rezonancije posvuda. Ovdje su samo neki od njih korisni, dok drugi - štete.

Što je rezonancija?

Jeste li ikada razmišljali o tome kako ljudi stvaraju prekrasnu glazbu s običnim naočalama? Kako zvučni valovi povećavaju utjecaj na staklo, može se čak i slomiti. Svjetlosni valovi također interagiraju na posebne načine s objektima oko njih. Ponašanje zvučnih i svjetlosnih valova objašnjava zašto ljudi čuju zvukove glazbenih instrumenata i razlikuju boje. Promjene amplitude vala uzrokovane su važnim principom koji se naziva rezonancija. Primjeri utjecaja na prijenos zvuka i svjetla su vibracije.

Zvučni valovi potječu od mehaničkih vibracija u krutim tvarima, tekućinama i plinovima. Svjetlosni valovi proizlaze iz vibracija nabijenih čestica. Objekti, nabijene čestice i mehanički sustavi obično imaju određenu frekvenciju na kojoj imaju tendenciju vibriranja. To se naziva njihova rezonantna frekvencija ili vlastita frekvencija. Neki objekti imaju dvije ili više rezonantnih frekvencija. Primjer rezonancije: kada vozite neravnom cestom i vaš automobil počinje skakati gore i dolje - ovo je primjer oscilacije vašeg automobila na rezonantnoj frekvenciji, odnosno, rezonantnoj frekvenciji amortizera. Vi svibanj primijetiti da kada vozite autobus, učestalost rebound je malo sporije. To je zbog toga što prigušivači guma imaju manju rezonantnu frekvenciju.

Kad zvučni ili svjetlosni val udari u objekt, on već vibrira na određenoj frekvenciji. Ako ta frekvencija odgovara rezonantnoj frekvenciji objekta, to će dovesti do činjenice da dobijete rezonancu. To se događa kada amplituda oscilacija objekta raste zbog odgovarajućih oscilacija drugog objekta. Teško je zamisliti ovu vezu bez primjera.

Rezonantni i svjetlosni valovi

Uzmimo, na primjer, tipičan svjetlosni val (to je struja bijelog svjetla koje dolazi od sunca) i usmjerava ga na tamni objekt, neka bude crna zmija. Molekule u koži gmazova imaju skup rezonantnih frekvencija. To jest, elektroni u atomima nastoje vibrirati na određenim frekvencijama. Svjetlo koje dolazi od Sunca je bijelo svjetlo koje ima višestruku frekvenciju.

To su crvena i zelena, plava i žuta, narančasta i ljubičasta. Svaka od tih frekvencija utječe na zmijsku kožu. I svaka frekvencija dovodi do vibracije drugog elektrona. Žuta frekvencija rezonira s elektronima čija je rezonantna frekvencija žuta. Plava frekvencija rezonira s elektronima čija je rezonantna frekvencija plava. Dakle, zmijska koža općenito odzvanja sunčevom svjetlošću. Zmija je crna jer joj koža upija sve frekvencije sunčeve svjetlosti.

Kada svjetlosni valovi rezoniraju s objektom, oni uzrokuju vibriranje elektrona s velikim amplitudama. Svjetlosna energija se apsorbira od strane objekta, a ljudsko oko nije vidljivo da se svjetlo vraća. Objekt izgleda crno. Što ako objekt ne upija sunčevu svjetlost? Što ako nitko od njegovih elektrona ne rezonira sa frekvencijama svjetlosti? Ako se rezonanca ne dogodi, tada ćete primiti prijenos, prijenos svjetlosnih valova kroz objekt. Staklo izgleda prozirno jer ne upija sunčevu svjetlost.

Svjetlo još uvijek uzrokuje vibriranje elektrona. Ali budući da ne odgovara rezonantnim frekvencijama elektrona, oscilacije su vrlo male i prelaze s atoma na atom kroz cijeli objekt. Objekt bez rezonance će imati nula apsorpcije i 100% prijenosa, na primjer staklo ili vodu.

Rezonancija glazbe i zvučnih valova

Rezonancija zvuka radi jednako kao i za svjetlo. Kada jedan objekt vibrira na frekvenciji drugog objekta, tada prvi uzrokuje da drugi vibrira s visokom amplitudom. Dakle, postoji akustična rezonanca. Primjer je igranje na bilo kojem glazbenom instrumentu. Akustična rezonanca odgovorna je za glazbu koju stvaraju truba, flauta, trombon i mnogi drugi instrumenti. Kako funkcionira ova nevjerojatna pojava? Možemo dati primjer rezonancije, koja ima pozitivan učinak.

Odlazak u katedralu, gdje svira orgulja, može se vidjeti da je cijeli zid ispunjen ogromnim cijevima svih veličina. Neki od njih su vrlo kratki, dok drugi stižu do stropa. Za što su sve cijevi? Kada počne svirati predivna glazba, može se shvatiti da zvuk dolazi iz cijevi, vrlo je glasan i čini se da ispunjava cijelu katedralu. Kako takve cijevi mogu zvučati tako glasno? Za sve je kriva akustična rezonancija, a to nije jedini instrument koji koristi ovaj nevjerojatan fenomen.

Stvaranje zvučnih valova

Da biste razumjeli što se događa, prvo trebate znati nešto o tome kako zvuk putuje zrakom. Zvučni valovi nastaju kada nešto uzrokuje vibracije molekula zraka. Tada se ova vibracija kreće, kao val, prema van u svim smjerovima. Kada val putuje kroz zrak, postoje područja u kojima se molekule sve više skupljaju i područja gdje se molekule udaljavaju jedna od druge. Udaljenost između uzastopnih kompresija ili proširenja poznata je kao valna duljina. Frekvencija se mjeri u Hertzovim jedinicama (Hz), a jedan Hertz odgovara jednoj stopi kompresije vala u sekundi.

Ljudi mogu otkriti zvučne valove s frekvencijama od 20 do 20 000 Hz! Međutim, svi ne zvuče isto. Neki zvukovi su visoki i škripavi, dok su drugi niski i duboki. Ono što zapravo čujete je razlika u frekvenciji. Dakle, kako se frekvencija odnosi na valnu duljinu? Brzina zvuka neznatno varira s temperaturom zraka, ali obično iznosi oko 343 m / s. Budući da se svi zvučni valovi kreću istom brzinom, učestalost će se smanjivati ​​s povećanjem valne duljine i povećavati se s smanjivanjem valne duljine.

Štetna rezonanca: primjeri

Često ljudi uzimaju izgradnju mostova i sigurnost zdravo za gotovo. Međutim, katkad se događaju katastrofe koje ih prisiljavaju da promijene svoje gledište. 1. srpnja 1940. u Washingtonu je otvoren most Tacoma-Narrows. Bio je to viseći most, treći po veličini u svijetu za svoje vrijeme. Tijekom izgradnje, most je dobio nadimak Gertie's Galloping zbog toga kako se zaljuljao i savio u vjetru. Ovaj valoviti valovi na kraju su doveli do njegovog pada. Most se srušio 7. studenoga 1940. tijekom oluje, nakon samo četiri mjeseca rada. Prije saznanja o rezonantnoj frekvenciji i činjenici da je to posljedica katastrofe mosta Tacoma-Narrows, najprije trebate razumjeti nešto što se zove harmonijsko gibanje.

Kada imate objekt koji povremeno oscilira naprijed i natrag, kažemo da doživljava harmonijski pokret. Jedan izvrstan primjer manifestacije rezonancije koja doživljava harmonijsko gibanje je slobodna suspenzija opruge s masom pričvršćenom na nju. Masa uzrokuje da se opruga proteže prema dolje, sve dok se na kraju opruga ne smanji natrag da se vrati u svoj izvorni oblik. Taj se proces i dalje ponavlja i kažemo da je opruga u harmoničnom gibanju. Ako gledate videozapis s mosta Tacoma-Narrows, vidjet ćete da je oklijevao prije nego se srušio. Prošao je kroz harmonijski pokret, poput proljeća s masom.

Rezonanca i ljuljačka

Ako jednom pritisnete prijatelja na ljuljački, nekoliko puta će oscilirati i prestati nakon nekog vremena. Ta frekvencija, kada oscilacija spontano oscilira, naziva se prirodna frekvencija. Ako budete gurali svaki put kad vam se prijatelj vrati, on će zamahati sve više i više. Pritisnete s frekvencijom sličnom prirodnoj frekvenciji, a amplituda oscilacija se povećava. Takvo se ponašanje naziva rezonancija.

Bez sumnje, ovo je jedan od primjera korisne rezonance. Između ostalog, zagrijavanje hrane u mikrovalnoj pećnici, antena na radio prijemniku koji prima radio signal, reprodukcija flaute.

Zapravo, postoje i mnogi loši primjeri. Uništavanje stakla visokim tonskim zvukom, uništavanje mosta laganim povjetarcem, urušavanje zgrada tijekom potresa, svi su primjeri rezonancije u životu, koji nisu samo štetni, već i opasni, ovisno o snazi ​​udara.

Razorna moć zvuka

Mnogi su vjerojatno čuli da se čašom vina može razbiti glasom operne pjevačice. Ako lagano udarite čašu žlicom, ona će "zvoniti" kao zvono na svojoj rezonantnoj frekvenciji. Ako je staklo zvučni tlak na određenoj frekvenciji, on počinje vibrirati. Kako se stimulus nastavlja, vibracije u staklu se nakupljaju sve dok se ne prekine kada se prekorače mehanička ograničenja.

Primjeri korisne i štetne rezonance posvuda. Mikrovalovi okružuju sve od mikrovalne pećnice koja zagrijava hranu bez korištenja vanjske topline, do vibracija u kori, što dovodi do razornih potresa.