Przykłady rezonansu w życiu

W jaki sposób fale dźwiękowe i świetlne wpływają na rezonans? Czym są wibracje i częstotliwości rezonansowe obiektów? Jakie codzienne przykłady rezonansu można znaleźć w życiu? Jak przełamać szkło głosem? Jeśli przyjrzysz się uważnie, wszędzie możesz zobaczyć przykłady rezonansu. Oto tylko niektóre z nich są korzystne, podczas gdy inne - szkoda.

Czym jest rezonans?

Czy kiedykolwiek myślałeś o tym, jak ludzie tworzą piękną muzykę za pomocą zwykłych okularów? Ponieważ fale dźwiękowe zwiększają wpływ na szkło, może nawet pęknąć. Fale świetlne również oddziałują w szczególny sposób na otaczające je obiekty. Zachowanie fal dźwiękowych i świetlnych wyjaśnia, dlaczego ludzie słyszą dźwięki instrumentów muzycznych i rozróżniają kolory. Zmiany amplitudy fal spowodowane są ważną zasadą zwaną rezonansem. Przykładami wpływu na transmisję dźwięku i światła są wibracje.

Fale dźwiękowe pochodzą z drgań mechanicznych w ciałach stałych, cieczach i gazach. Fale świetlne emanują z wibracji naładowanych cząstek. Przedmioty, naładowane cząsteczki i układy mechaniczne mają zazwyczaj określoną częstotliwość drgań. Nazywa się to częstotliwością rezonansową lub własną częstotliwością. Niektóre obiekty mają dwie lub więcej częstotliwości rezonansowych. Przykład rezonansu: kiedy jedziesz po wyboistej drodze, a twój samochód zaczyna podskakiwać - to jest przykład oscylacji twojego samochodu na jego częstotliwości rezonansowej, a raczej częstotliwości rezonansowej amortyzatorów. Możesz zauważyć, że kiedy jeździsz autobusem, częstotliwość odbicia jest nieco wolniejsza. Jest tak dlatego, że amortyzatory opon mają niższą częstotliwość rezonansową.

Kiedy fala dźwiękowa lub świetlna uderza w przedmiot, wibruje już z pewną częstotliwością. Jeśli ta częstotliwość odpowiada częstotliwości rezonansowej obiektu, doprowadzi to do tego, że uzyskasz rezonans. Występuje, gdy amplituda oscylacji obiektu wzrasta z powodu odpowiednich oscylacji innego obiektu. Połączenie to jest trudne do wyobrażenia bez przykładu.

Rezonans i fale świetlne

Weźmy na przykład typową falę świetlną (jest to strumień białego światła pochodzącego ze słońca) i skieruj ją do ciemnego obiektu, niech będzie czarnym wężem. Cząsteczki w skórze gada mają zestaw częstotliwości rezonansowych. Oznacza to, że elektrony w atomach mają tendencję do wibrowania przy pewnych częstotliwościach. Światło pochodzące ze słońca to białe światło o wielu częstotliwościach.

Należą do nich czerwony i zielony, niebieski i żółty, pomarańczowy i fioletowy. Każda z tych częstotliwości wpływa na skórę węża. I każda częstotliwość prowadzi do wibracji innego elektronu. Żółta częstotliwość rezonuje z elektronami, których częstotliwość rezonansowa jest żółta. Niebieska częstotliwość rezonuje z elektronami, których częstotliwość rezonansowa jest niebieska. Tak więc skóra węża generalnie rezonuje ze światłem słonecznym. Wąż wydaje się czarny, ponieważ jego skóra pochłania wszystkie częstotliwości światła słonecznego.

Kiedy fale świetlne rezonują z obiektem, powodują wibracje elektronów z dużymi amplitudami. Energia światła jest pochłaniana przez przedmiot i nie jest zauważalne dla ludzkiego oka, że ​​światło wraca. Obiekt wygląda na czarny. Co się stanie, jeśli obiekt nie pochłonie światła słonecznego? Co jeśli żaden z jego elektronów nie rezonuje z częstotliwościami światła? Jeśli rezonans nie nastąpi, otrzymasz transmisję, transmisję fal świetlnych przez obiekt. Szkło wydaje się przezroczyste, ponieważ nie absorbuje światła słonecznego.

Światło nadal powoduje wibrowanie elektronu. Ponieważ jednak nie odpowiada częstotliwościom rezonansowym elektronów, oscylacje są bardzo małe i przechodzą z atomu do atomu przez cały obiekt. Obiekt bez rezonansu będzie miał zerową absorpcję i 100% transmisji, na przykład szkło lub wodę.

Rezonans dźwiękowy i muzyczny

Rezonans dla dźwięku działa tak samo jak dla światła. Kiedy jeden obiekt wibruje z częstotliwością drugiego obiektu, to pierwszy powoduje wibrowanie drugiej z wysoką amplitudą. A więc istnieje rezonans akustyczny. Przykładem jest gra na dowolnym instrumencie muzycznym. Rezonans akustyczny jest odpowiedzialny za muzykę tworzoną przez trąbkę, flet, puzon i wiele innych instrumentów. Jak działa to zadziwiające zjawisko? Możemy podać przykład rezonansu, który ma pozytywny wpływ.

Idąc do katedry, gdzie gra muzyka organowa, widać, że cała ściana jest wypełniona ogromnymi rurami różnej wielkości. Niektóre z nich są bardzo krótkie, podczas gdy inne sięgają sufitu. Po co są wszystkie rury? Kiedy zaczyna grać piękna muzyka, można zrozumieć, że dźwięk pochodzi z rur, jest bardzo głośny i wydaje się wypełniać całą katedrę. Jak takie rury mogą brzmieć tak głośno? Rezonans akustyczny jest odpowiedzialny za wszystko i nie jest to jedyny instrument, który wykorzystuje to niesamowite zjawisko.

Tworzenie fal dźwiękowych

Aby zrozumieć, co się dzieje, najpierw trzeba trochę wiedzieć o tym, jak dźwięk podróżuje w powietrzu. Fale dźwiękowe powstają, gdy coś powoduje wibracje cząsteczek powietrza. Wtedy ta wibracja porusza się jak fala, na zewnątrz we wszystkich kierunkach. Kiedy fala przemieszcza się w powietrzu, istnieją obszary, w których cząsteczki kurczą się bliżej siebie, oraz obszary, w których cząsteczki są odsunięte od siebie. Odległość pomiędzy kolejnymi uciśnięciami lub ekspansjami jest znana jako długość fali. Częstotliwość jest mierzona w jednostkach Hertza (Hz), a jeden Hertz odpowiada jednemu współczynnikowi kompresji fal na sekundę.

Ludzie mogą wykrywać fale dźwiękowe o częstotliwościach od 20 do 20 000 Hz! Jednak nie wszystkie brzmią tak samo. Niektóre dźwięki są wysokie i skrzypiące, podczas gdy inne są niskie i głębokie. To, co faktycznie słyszysz, to różnica w częstotliwości. Jak więc częstotliwość odnosi się do długości fali? Szybkość dźwięku różni się nieznacznie w zależności od temperatury powietrza, ale zwykle wynosi około 343 m / s. Ponieważ wszystkie fale dźwiękowe poruszają się z tą samą prędkością, częstotliwość zmniejsza się wraz ze wzrostem długości fali i rośnie wraz ze zmniejszaniem długości fali.

Szkodliwy rezonans: przykłady

Często ludzie przyjmują budowanie mostów i bezpieczeństwo za pewnik. Czasami jednak zdarzają się katastrofy, zmuszając ich do zmiany punktu widzenia. 1 lipca 1940 r. Most Tacoma-Narrows został otwarty w Waszyngtonie. Był to most wiszący, trzeci co do wielkości na świecie. Podczas budowy most był nazywany Gallopingiem Gertie, ponieważ kołysał się na wietrze. To falujące wahanie w końcu doprowadziło go do upadku. Most zawalił się 7 listopada 1940 r. Podczas burzy, po zaledwie czterech miesiącach eksploatacji. Zanim dowiesz się o częstotliwości rezonansowej oraz o tym, że jest to spowodowane katastrofą mostu Tacoma-Narrows, najpierw musisz zrozumieć coś, co nazywa się ruchem harmonicznym.

Kiedy masz obiekt, który okresowo oscyluje w przód iw tył, mówimy, że doświadcza on ruchu harmonicznego. Doskonałym przykładem manifestacji rezonansu, w którym występuje ruch harmoniczny, jest swobodna sprężyna zawieszenia z przymocowaną do niej masą. Masa powoduje, że sprężyna napina się w dół, aż w końcu sprężyna kurczy się, aby powrócić do pierwotnego kształtu. Proces ten wciąż się powtarza i mówimy, że wiosna jest w ruchu harmonicznym. Jeśli obejrzysz film z mostu Tacoma-Narrows, zobaczysz, że zawahał się przed upadkiem. Przeszedł harmonijny ruch, jak sprężyna z przymocowaną do niej masą.

Rezonans i huśtawka

Jeśli raz popchniesz swojego przyjaciela na huśtawce, będą oscylować kilka razy i przestaną po pewnym czasie. Ta częstotliwość, gdy oscylacja spontanicznie oscyluje, nazywana jest częstotliwością naturalną. Jeśli za każdym razem, gdy twój przyjaciel wróci do ciebie, będziesz naciskać, on będzie się podnosił coraz wyżej. Naciskasz z częstotliwością podobną do częstotliwości naturalnej, a amplituda oscylacji rośnie. To zachowanie nazywa się rezonansem.

Niewątpliwie jest to jeden z przykładów użytecznego rezonansu. Między innymi podgrzewanie żywności w kuchence mikrofalowej, antena na odbiorniku radiowym, który odbiera sygnał radiowy, gra na flecie.

W rzeczywistości jest też wiele złych przykładów. Niszczenie szkła przez wysoki dźwięk tonalny, zniszczenie mostu lekkim wiatrem, zawalenie się budynków podczas trzęsień ziemi są przykładami rezonansu w życiu, które są nie tylko szkodliwe, ale także niebezpieczne, w zależności od siły uderzenia.

Niszczycielska moc dźwięku

Wielu słyszało zapewne, że kieliszek do wina można rozbić głosem śpiewaczki operowej. Jeśli lekko uderzysz szklankę łyżeczką, zadzwoni ona jak dzwon z częstotliwością rezonansową. Jeśli szkło ma ciśnienie akustyczne o określonej częstotliwości, zaczyna wibrować. Gdy bodziec się utrzymuje, wibracja w szkle gromadzi się, aż zapadnie się, gdy przekroczone zostaną granice mechaniczne.

Przykłady użytecznego i szkodliwego rezonansu wszędzie. Mikrofale otaczają wszystko od kuchenki mikrofalowej, która podgrzewa jedzenie bez użycia zewnętrznego ciepła, do wibracji w skorupie, co prowadzi do niszczycielskich trzęsień ziemi.