§ 24.23. Forțe oscilante. Rezonanța mecanică și rolul său în inginerie.
Atașați pendulul arcului la mecanismul manivelei (Figura 24.28). Fără activarea mecanismului, aducem pendulul în oscilații de-a lungul verticalei și calculam frecvența oscilațiilor sale libere. Când forțele de rezistență sunt nesemnificative, atunci
practic coincide cu frecvența oscilațiilor naturale determinate de expresie (24.16).
Acum, porni și opri mecanismul pendul uniform rotit cu viteza unghiulară a punctului de ancorare de primăvară se va deplasa, astfel, reciproc în sus și în jos, și va acționa asupra forței externe pendul care variază periodic cu o frecvență unghiulară. Sub acțiunea acestei forțe, pendulul va efectua oscilații forțate neîntrerupte cu aceeași frecvență
Vom schimba acum frecvența forței motrice și vom măsura amplitudinea A a oscilațiilor forțate ale pendulului, așteptând de fiecare dată până când își asumă o stare de echilibru.
Cu o rotație foarte lentă a mecanismului (de la mic), pendulul se ridică și cade împreună cu punctul de suspendare la o înălțime mică, fără a se mișca. Odată cu creșterea bobinat mai puternică, iar când frecvența de vibrație forțată la frecvența măsurată libere de contact oscilații amllituda A crește brusc, atingând o valoare maximă la coincidența frecvenței (Fig. 24.29, curba 1). Cu o creștere suplimentară, amplitudinea A scade rapid. Cu o rotație foarte rapidă a mecanismului, pendulul este practic imobil, datorită inerției sale.
O astfel de frecvență a forței motrice, atunci când amplitudinea oscilațiilor forțate ale sistemului scade atât în direcția mare cât și în cea mai mică direcție, se numește frecvența rezonantă a acestui sistem. Rezonanța este fenomenul creșterii rapide a amplitudinii oscilațiilor forțate ale unui sistem, deoarece frecvența forței motrice abordează frecvența de rezonanță a sistemului.
Frecvența de rezonanță a unui sistem este egală cu frecvența oscilațiilor sale libere; când forțele de rezistență sunt mici, atunci putem presupune că este egal cu frecvența naturală din Fig. 24,29).
Fenomenul de rezonanță poate fi observat, de asemenea, cu ajutorul unui pendul suspendat pe un șir, dacă se învârte periodic punctul de suspendare în timp cu oscilațiile libere ale pendulului. Swinging leagăn, le împingem, de asemenea, în timp cu vibrațiile lor libere. Dacă împingeți balansul în timp, cu fluctuațiile lor, atunci se opresc.
Repetați experimentul cu pendulul nostru (Figura 24.28), scufundându-l într-un pahar de apă. Sub acțiunea forțelor de tragere în amplitudinea regiunii rezonanței oscilație scad puternic (curba 2 din Fig. 24.29) și scade ușor frecvența de rezonanță, deoarece frecvența oscilațiilor libere devine mai mică. Dacă rezistența este în continuare mărită prin scăderea pendulului în glicerină, rezonanța va fi slab exprimată (curba 3 din Figura 24.29).
Astfel, amplitudinea oscilațiilor sistemului la rezonanță depinde puternic de forțele rezistenței medii și frecare. Cu cât aceste forțe sunt mai mici, cu atât este mai mare amplitudinea oscilațiilor sistemului. Sunt obținute în special amplitudini mari de oscilație la rezonanță atunci când forțele de rezistență sunt mici. În acest caz, oscilațiile la rezonanță pot distruge întregul sistem oscilant.
Rețineți că corpul, a cărui amplitudine de oscilații forțate crește puternic numai la o anumită frecvență a forței motrice, se numește rezonator. Dacă mai multe rezonatoare diferite sunt antrenate în oscilațiile forțate, atunci oscilațiile cu o amplitudine mare vor avea loc numai în rezonatorul a cărui frecvență rezonantă coincide cu frecvența oscilațiilor forțate. Acest principiu se bazează pe contorul de frecvență al dispozitivului - un dispozitiv pentru măsurarea frecvenței curentului alternativ.
În acest dispozitiv, plăcile elastice cu greutăți la capete (urechi) sunt fixate pe șanțul comun. Plăcile au frecvențe diferite de oscilații naturale și sunt aranjate în ordinea creșterii lor. Un curent alternativ cu o frecvență necunoscută este trecut printr-un electromagnet, sub acțiunea căruia placa cu plăcile face oscilații forțate cu frecvența curentului. Una dintre plăci, în care frecvența naturală este aceeași, cade în rezonanță și oscilează puternic, ceea ce permite determinarea frecvenței curentului.
Importanța practică a rezonanței în natură și tehnologie este foarte mare. Rezonanța apare nu numai în fenomenele mecanice. Se folosește în inginerie electrică, optică și fizică nucleară. Rezonanța se bazează pe activitatea radiourilor, televizoarelor etc.
Deseori rezonanța aduce rău. De exemplu, la anumite frecvențe de sunet sunt, uneori, zornăie locuințe de radio premature fundații de uzură, care sunt montate pe mașinile ritmic de funcționare, și așa mai departe. D. Rezonanta de aer poate duce chiar la distrugerea aeronavei în timpul zborului. Prin urmare, noile modele de aeronave sunt testate în diferite condiții de funcționare a motorului și într-o mare varietate de condiții de zbor. În timpul testelor, sunt monitorizate oscilațiile de rezonanță din părțile individuale ale aeronavei, care trebuie eliminate atunci când structura este finalizată. Cu ajutorul teoriei și a experimentelor, este posibil să se evite apariția rezonanței în cazul în care aceasta dăunează.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: