Rezonance⭐: co to je ve fyzice jednoduchými slovy, na jaké vibrace se tento koncept vztahuje, příklady

V překladu z latiny slovo „rezonance“ doslova znamená „odpovídám“. Je to fyzikální jev, při kterém se jeho vlastní oscilační pohyb vynucuje a neustále se zvyšuje jeho amplituda vlivem okolních vlivů. Definice

Jednoduše řečeno, rezonance je reakcí na určitý podnět zvenčí. Jedná se o synchronizaci frekvence kmitů (počet kmitů za sekundu) konkrétního systému a na něj působících vnějších sil, což vede ke zvýšení amplitudy kmitů systému.

• představte si, že určité fyzické tělo je ve stavu absolutního klidu nebo vykonává pohyby s určitou amplitudou a frekvencí;
• na toto těleso náhle působí vnější síla, která má svou vlastní amplitudu a frekvenci;
• pokud se frekvence tělesa a vnější síly shodují, pak se amplituda tělesa zvýší.

Každý například ví, jak funguje „houpačka“. Nejprve zvednete nohy ze země a poté se houpačka začne pohybovat tam a zpět. Pokud přestanete hýbat nohama a tělem, švih se po chvíli zastaví.

Pokud se však přizpůsobíte pohybu celým tělem (ani rychleji, ani pomaleji), pak se amplituda vibrací začne sama zvyšovat. V tomto případě jste vy nebo vaše pohyby vnějším vlivem, mocnou silou, se kterou vibrace létají výše.

I malé vnější vlivy mohou při shodě frekvencí několikanásobně zvýšit rychlost pohybu tohoto systému. Pokud se frekvence systému a vnějších sil neshodují, pak mluvíme o disonanci.

Slovo „nesoulad“ znamená „rozpor a nesoulad“.

Vezměte si například houpačku: pokud ji zatáhnete v libovolném směru nebo proti směru jejího pohybu, pohyb houpačky se brzy zastaví.

Nebezpečí a přínosy jevu

Rezonance je na první pohled užitečný fenomén, který nám pomáhá v různých aspektech života. S úspěchem se například používá, když se auta zaseknou koly v blátě nebo sněhu a nemůže se pohnout. Houpání autem tam a zpět vám pomůže dostat se ven.

Tento fyzikální jev má ale i negativní stránku. Architekti mají termín „Tacoma Bridge“: název objektu, při jehož výstavbě nebyl brán v úvahu účinek nucené mechanické rezonance. V důsledku toho bylo centrální pole mostu zničeno 7. listopadu 1940, kdy síla větru byla asi 65 km/h, což způsobilo rezonanci. Vítr zesiloval vibrace konstrukce, což vedlo k tragédii. Po tomto incidentu se technologie výstavby mostů dramaticky změnily.

Existuje další smutný případ mostu, který se zřítil, když po něm procházel oddíl vojáků. Vojáci pochodovali v kroku, vytvářeli silné vibrace, které odpovídaly vibracím konstrukce, čímž ji rozkývali. Od té doby se objevil nový příkaz „mimo krok!“, který velitelé stále používají, když velká skupina vojáků přechází visutý most.

Fenomén rezonance je také potřeba brát v úvahu u stavebních bloků, antén, výškových podpěr – ve všem, co může rezonovat s prouděním vzduchu.

Určení, jak souvisí s faktorem kvality

V oscilačním systému tělesa lze měřit rychlost odezvy – hodnotu zvanou činitel jakosti, který představuje rychlost reakce na působení vnějších sil.

Různé ukazatele této hodnoty vedou k různým důsledkům:

• při nízké úrovni kvalitativního faktoru (nebo odezvy) stávající systém nemůže dlouho odolávat nuceným oscilacím a postupně vrátí své vlastní oscilace;
• faktor vysoké kvality může být v některých případech nebezpečný, protože intenzivní rezonance nutně vede ke zničení fyzického těla, které je ovlivněno zvenčí.

Na jaké oscilace se koncept vztahuje?

Pojem rezonance se používá pouze pro nucené oscilace.

Máte potíže s daným tématem? Nebojte se, pomůžeme!

Zaregistrujte se na bezplatnou lekci
s lektorem a společně na to všechno přijdeme!

Typy a příklady rezonance

Fenomén rezonance je spojen s fyzikou, protože byl objeven a původně popsán pouze fyzikální jevy.

Dnes se však tento koncept uplatňuje v různých oblastech života.

V tomto ohledu lze rozlišit různé typy:

1. mechanický – již zmíněná houpačka, zvonění „jazykového“ zvonu, rezonance mostu od projíždějícího vlaku nebo po něm jdoucích vojáků „v kroku“ atd.
2. Akustický — příkladem by bylo použití akustické rezonance používané ke hře na hudební nástroje (například: kytara, balalajka, domra). Zvuk struny se odráží od těla hudebního nástroje ozvěnou, což vede k jejímu zesílení. Kvalita zvuku tedy přímo závisí na kvalitě materiálu, ze kterého je nástroj vyroben.
3. Elektrická frekvence shoda vnějších zdůrazňuje s frekvencí vlastních kmitů v elektrickém obvodu, kterým protéká proud.
4. Veřejnost — jasná reakce veřejnosti na událost nebo situaci. Mluvíme o reakci, která dopadla u většiny lidí podobně. Například důchodová reforma z roku 2018 vyvolala mezi ruskými občany hlasitou, tvrdou a negativní odezvu.
5. Kognitivní rezonance – shoda názorů a pohledů. Například při setkání s člověkem o něm vznikl pozitivní dojem. Proč? S největší pravděpodobností jste s ním v rozhovoru našli mnoho společného, ​​jeho hodnoty a myšlenky byly podobné, takže sympatie byla způsobena rezonancí (náhoda). Filosoficky tento fenomén znamená jednotu dvou duší ve smyslovém prostředí.

Mobilní telefony, mikrovlnky, televize, horská ozvěna, hlasitý zpěv v koupelně – fenomén rezonance je přítomen všude.

Přijď na to ve fyzice 9. třída!

Začněte zdarma
Učte se svým vlastním tempem s podporou mentora
Připraveno společně s lektorem:

Potřebuji pomoc s fyzikou?

Vyberte si vhodného lektora a vyzkoušejte si první lekci zdarma

• Lektor fyziky
• Lektor fyziky 9. třída
• Tutor pro přípravu na OGE ve fyzice
• Přípravný kurz pro OGE z fyziky | 2024-2025
• Intenzivní kurz pro přípravu na zkoušku OGE-2025 z fyziky

• Jak to funguje
• Pro tutory
• O nás
• Cena lekce
• Recenze
• Pro partnery
• Kontakty
• Lektoři přes Skype
• Zlepšení studijního výkonu
• Příprava na jednotnou státní zkoušku
• Příprava na státní závěrečnou atestaci (OGE)
• Veškeré služby doučování
• Lektoři v Moskvě
• Online lekce
• Webináře
• Odpovědět
• Dárkové certifikáty
• Firemní školení
• Opakovací kurzy
• Varianty testů Jednotná státní zkouška a Základní státní zkouška od FIPI
• Adresář školy
• Archiv adresáře
• Dobročinnost

Rezonance je úžasný komplexní jev, se kterým se lidé setkávají každý den. Její principy jsou zakotveny v činnosti domácích spotřebičů a chytrých telefonů, zdravotnických prostředků a hudebních nástrojů. Řekneme vám, co je rezonance, jak k ní dochází a jaké existují typy.

Co je rezonance

Rezonance je jev, kdy objekt kmitá na své vlastní frekvenci a dosahuje své maximální amplitudy, když je vystaven vnější síle s podobnou frekvencí [1]. Jedním z jasných příkladů fungování rezonance je houpačka. Pokud na ni v určitém okamžiku zatlačíte, houpačka se bude postupně zvyšovat a houpačka bude letět stále výš a výš. V určitém okamžiku amplituda dosáhne svého maxima a aplikovaná síla se stane minimální. Stačí na houpačku lehce zatlačit prstem ve správném rytmu, aby se nadále pohybovala tam a zpět. Toto je rezonance. Pokud s tím přestanete nebo rytmus narušíte (začnete tlačit v jiném okamžiku), amplituda se sníží a poté se houpačka zastaví.

Galileo Galilei byl jedním z prvních, kdo popsal rezonanci na počátku 2. století při studiu dynamiky kyvadel [XNUMX]. Vědec dospěl k závěru, že i těžký systém lze uvést do pohybu, pokud je na něj aplikována síla v okamžiku odpovídajícím jeho kyvu. Galileo tak upozornil na jeden důležitý aspekt jevu rezonance – schopnost objektu akumulovat energii vedenou vnějším zdrojem na specifické frekvenci.

Věda se následně dozvěděla mnohem více o rezonanci. Například to, že se vyskytuje v mechanických, akustických a elektrických systémech. A frekvence, při které je rezonance možná, je pro každý objekt jiná a závisí mimo jiné na jeho fyzikálních vlastnostech (velikost, materiál, hmotnost). Obecně je jev rezonance v přírodě i technice velmi běžný. Lidé se s ním setkávají každý den: tento princip je zakotven v činnosti televizních antén, telefonů, mikrovlnných trub, díky němuž slyšíme různé zvuky hudebních nástrojů.

Ale síla rezonance je dvojí. Funguje jak ku prospěchu, například lékařské magnetické rezonanční tomografy, tak i ke škodě. Jedním z takových příkladů jsou vojáci pochodující v kroku po visutém mostě. Pokud se frekvence jejich kroku shoduje s přirozenou frekvencí vibrací mostu, výsledná rezonance může konstrukci zcela zničit.

Příklady rezonance

Člověk se setkává s rezonancí ve všech oblastech života. Navíc by bez ní lidé nemohli slyšet své hlasy. Zvuky, které člověk vydává, jsou produkovány rezonančními orgány, jako je nosní dutina, ústa a hltan [3]. Zde je několik dalších příkladů rezonančního jevu v každodenním životě [4]:

• Mikrovlnná troubaEnergie vytvářená mikrovlnami ohřívá jídlo, protože jejich frekvence odpovídá rezonanční frekvenci molekul v jídle (jako jsou molekuly vody a tuku). To způsobuje jejich vibrace a uvolňování tepla.
• TV anténa, rádiová anténaKdyž „naladíte“ anténu na určitou frekvenci, nastavíte rezonanční frekvenci pro konkrétní zařízení. Když se frekvence antény shoduje s frekvencí signálu přicházejícího zvenčí, dochází k rezonanci a televizor nebo rádio je schopno tento signál „přijmout“.
• Hudební nástrojeKaždá struna kytary má svou vlastní rezonanční frekvenci. Při hraní na ně vznikající zvukové vlny rezonují v dutině nástroje (akustické kytary) a zvyšují hlasitost zvuku. U dechových nástrojů je za rezonanci zodpovědný speciální „jazyk“, který vibruje, když jím prochází vzduch.

Typy rezonance

Rezonance může být různá, ale ve všech případech funguje na stejném principu. V závislosti na typu systému se rozlišuje několik typů, zde je několik z nich:

Mechanické

Vyskytuje se v mechanických systémech, když frekvence vibrací odpovídá frekvenci vnějšího zdroje. Patří sem pružiny, kyvadla, vibrace motorů, strojů, hřídelí a mnoho dalších. Houpačka je příkladem mechanické rezonance [5].

Akustický

Akustická rezonance nastává, když zvukové vlny dopadnou na objekt nebo systém a způsobí jeho vibrace na jeho přirozené frekvenci. Když houslista přejede smyčcem po strunách, zvukové vlny začnou rezonovat v těle nástroje [6].

Elektrické

Dochází k němu, když elektrický obvod kmitá na své vlastní frekvenci. Tento jev našel uplatnění v mnoha oblastech. Například rozhlasové vysílání nebo provoz elektrické kytary jsou založeny na elektrické rezonanci, ve které se tento jev využívá k zesilování signálů [7].

Jaderné magnetické

Souvisí s absorpcí elektromagnetické energie [8]. Jednou z aplikací tohoto jevu je magnetická rezonance (MRI). Postup je založen na sofistikované technologii, která excituje a osciluje protony nacházející se v živé tkáni [9].

Rezonanční podmínky

Rezonance nastává za určitých podmínek. Mohou se lišit v závislosti na typu systému, ale obecně jsou důležité alespoň tři podmínky:

1. Vlastní frekvence systému. Systém musí mít určitou vlastní frekvenci kmitání, která závisí na fyzikálních parametrech, jako je hmotnost, velikost a tuhost.
2. Vnější zdroj vibrací. Je vyžadován externí zdroj, který může ovlivňovat systém periodickými oscilacemi. Frekvence tohoto zdroje se musí shodovat s vlastní frekvencí systému nebo se jí blížit.
3. Dostatečná energie. Externí zdroj musí systému dodávat dostatečnou energii, aby mohl dosáhnout významných amplitud kmitání.