Primeri resonance v življenju

Kako zvok in svetlobni valovi vplivajo na resonanco? Kaj so vibracije in resonančne frekvence objektov? Kateri vsakdanji zgled resonance je v življenju? Kako zlomiti kozarec z glasom? Če pozorno pogledate, lahko vidite vse primere resonance. Tu so samo nekateri od njih koristni, drugi - škodljivi.

Kaj je resonanca?

Ste kdaj razmišljali o tem, kako ljudje ustvarjajo čudovito glasbo z običajnimi očali? Ker zvočni valovi povečujejo učinek na steklo, se lahko celo zlomi. Tudi svetlobni valovi interagirajo na posebne načine s predmeti okoli njih. Obnašanje zvoka in svetlobnih valov pojasnjuje, zakaj ljudje slišijo zvoke glasbenih instrumentov in razlikujejo barve. Spremembe v amplitudi valov povzroča pomembno načelo, imenovano resonanca. Primeri vplivanja na prenos zvoka in svetlobe so vibracije.

Zvočni valovi izvirajo iz mehanskih vibracij trdnih snovi, tekočin in plinov. Svetlobni valovi izvirajo iz vibracij nabitih delcev. Predmeti, nabiti delci in mehanski sistemi imajo običajno določeno frekvenco, na kateri so nagnjeni k vibriranju. To se imenuje njihova resonančna frekvenca ali njihova lastna frekvenca. Nekateri objekti imajo dve ali več resonančnih frekvenc. Primer resonance: ko se vozite po grbi cesti, in vaš avto začne skakati navzgor in navzdol - to je primer nihanja vašega avtomobila na resonančni frekvenci, oziroma resonančne frekvence blažilnikov. Morda boste opazili, da se pri vožnji z avtobusom frekvenca odboja nekoliko upočasni. To je zato, ker imajo dušilci pnevmatik nižjo resonančno frekvenco.

Ko zvočni ali svetlobni val udari v objekt, že vibrira na določeni frekvenci. Če ta frekvenca ustreza resonančni frekvenci objekta, bo to pripeljalo do dejstva, da dobite resonanco. To se zgodi, ko se amplituda nihanja objekta poveča zaradi ustreznih nihanj drugega objekta. Te povezave je težko predstavljati brez primera.

Resonanca in svetlobni valovi

Vzemite na primer tipičen svetlobni val (to je tok bele svetlobe, ki prihaja iz sonca) in ga usmerite v temni objekt, naj bo črna kača. Molekule v koži plazilcev imajo niz resonančnih frekvenc. To pomeni, da elektroni v atomih ponavadi vibrirajo na določenih frekvencah. Svetloba, ki prihaja iz sonca, je bela svetloba, ki ima več frekvenc.

Sem spadajo rdeča in zelena, modra in rumena, oranžna in vijolična barva. Vsaka od teh frekvenc vpliva na kačjo kožo. In vsaka frekvenca vodi do vibracij drugega elektrona. Rumena frekvenca resonira z elektroni, katerih resonančna frekvenca je rumena. Modra frekvenca resonira z elektroni, katerih resonančna frekvenca je modra. Tako kača koža na splošno odmeva s sončno svetlobo. Kača je črna, ker koža absorbira vse frekvence sončne svetlobe.

Ko svetlobni valovi odmevajo z objektom, povzročijo, da elektroni vibrirajo z velikimi amplitudami. Svetloba se absorbira v objekt in človeško oko ni opazno, da se svetloba vrne. Objekt izgleda črno. Kaj, če predmet ne absorbira sončne svetlobe? Kaj če nobeden od njegovih elektronov ne resonira s frekvencami svetlobe? Če resonanca ne pride, boste prejeli prenos, prenos svetlobnih valov skozi predmet. Steklo je prozorno, ker ne absorbira sončne svetlobe.

Svetloba še vedno povzroča vibriranje elektronov. Ker pa se ne ujemajo z resonančnimi frekvencami elektronov, so nihanja zelo majhna in prehajajo z atoma na atom skozi celoten objekt. Predmet brez resonance bo imel nič absorpcijo in 100% prenos, na primer steklo ali vodo.

Resonanca glasbe in zvočnih valov

Resonanca za zvok deluje enako kot za svetlobo. Ko en objekt vibrira pri frekvenci drugega objekta, potem prvi povzroči, da drugi vibrira z visoko amplitudo. Torej obstaja akustična resonanca. Primer je igranje na katerem koli glasbilu. Akustična resonanca je odgovorna za glasbo, ki jo ustvarjajo trobenta, flauta, pozavna in številni drugi instrumenti. Kako deluje ta neverjeten pojav? Lahko navedemo primer resonance, ki ima pozitiven učinek.

Če greste v katedralo, kjer igra orgelska glasba, lahko vidite, da je celotna stena napolnjena z velikimi cevmi vseh velikosti. Nekateri so zelo kratki, drugi pa do stropa. Za kaj so vse cevi? Ko se začne igrati lepa glasba, lahko razumemo, da zvok prihaja iz cevi, je zelo glasen in zdi se, da zapolni celotno katedralo. Kako lahko takšne cevi slišijo tako glasno? Akustična resonanca je kriva za vse in ni edini instrument, ki uporablja ta neverjeten pojav.

Ustvarjanje zvočnih valov

Da bi razumeli, kaj se dogaja, morate najprej vedeti nekaj o tem, kako zvok potuje po zraku. Zvočni valovi nastanejo, ko nekaj povzroči vibracije molekul zraka. Potem se ta vibracija, kot val, premakne navzven v vseh smereh. Ko val potuje skozi zrak, so območja, kjer se molekule zbližajo skupaj, in območja, kjer se molekule potegnejo bolj oddaljene drug od drugega. Razdalja med zaporednimi kompresijami ali razširitvami je znana kot valovna dolžina. Frekvenca se meri v Hertzovih enotah (Hz), en Hertz ustreza eni stopnji stiskanja valov na sekundo.

Ljudje lahko zaznajo zvočne valove s frekvencami od 20 do 20 000 Hz! Vendar pa vsi ne zvenijo enako. Nekateri zvoki so visoki in škripati, drugi so nizki in globoki. Kar dejansko slišite, je razlika v frekvenci. Torej, kako se frekvenca nanaša na valovno dolžino? Hitrost zvoka se nekoliko spreminja s temperaturo zraka, običajno pa je okoli 343 m / s. Ker se vsi zvočni valovi premikajo z enako hitrostjo, se bo frekvenca z naraščajočo valovno dolžino zmanjševala in povečevala z zmanjševanjem valovne dolžine.

Škodljiva resonanca: primeri

Ljudje pogosto postavljajo most in varnost za samoumevno. Vendar se včasih pojavijo katastrofe, zaradi česar morajo spremeniti svoje stališče. 1. julija 1940 je bil v Washingtonu odprt most Tacoma-Narrows. To je bil viseči most, tretji največji na svetu za svoj čas. Med gradnjo je most dobil vzdevek Gertie's Galloping zaradi tega, kako se je zibal in se upognil v vetru. Ta valovit volk je sčasoma pripeljal do njegovega propada. Most se je zrušil 7. novembra 1940 med nevihto, po samo štirih mesecih delovanja. Pred spoznavanjem resonančne frekvence in dejstva, da je to posledica katastrofe mosta Tacoma-Narrows, morate najprej razumeti nekaj, kar imenujemo harmonično gibanje.

Ko imate predmet, ki občasno niha naprej in nazaj, rečemo, da doživlja harmonično gibanje. Odličen primer manifestacije resonančnega doživljanja harmoničnega gibanja je prosta vzmetna vzmet z maso, ki je pritrjena nanj. Masa povzroči, da se vzmet raztegne navzdol, dokler se sčasoma vzmet ne skrči nazaj, da se vrne v prvotno obliko. Ta proces se še naprej ponavlja in pravimo, da je vzmet v harmoničnem gibanju. Če gledate video iz mostu Tacoma-Narrows, boste videli, da je okleval, preden se je zrušil. Šel je skozi harmonično gibanje, kot spomladi z maso.

Resonanca in gugalnica

Če enkrat potisnete prijatelja na gugalnico, bodo nekajkrat nihali in se čez nekaj časa ustavili. Ta frekvenca, ko nihanje spontano niha, se imenuje naravna frekvenca. Če boste vsakič, ko se vaš prijatelj vrne k vam, potisnil, bo zibal višje in višje. Pritisnete s frekvenco, ki je podobna naravni frekvenci, in amplituda nihanj se poveča. To vedenje se imenuje resonanca.

Nedvomno je to eden od primerov uporabne resonance. Med drugim ogrevanje hrane v mikrovalovni pečici, antena na radijskem sprejemniku, ki sprejema radijski signal, predvajanje flavte.

Pravzaprav je veliko slabih primerov. Uničenje stekla z visokim tonskim zvokom, uničenje mostu z rahlim vetrom, propad stavb med potresi so vsi primeri resonance v življenju, ki niso le škodljivi, temveč tudi nevarni, odvisno od moči udarca.

Uničujoča moč zvoka

Mnogi so verjetno slišali, da se z glasom opernega pevca lahko razbije vino. Če kozarec rahlo udarite z žlico, bo zvonila kot zvonček na resonančni frekvenci. Če je steklo zvočni tlak na določeni frekvenci, začne vibrirati. Ko se dražljaj nadaljuje, se vibracije v steklu kopičijo, dokler se ne prekinejo mehanske meje.

Primeri uporabne in škodljive resonance povsod. Mikrovalovi obkrožajo vse od mikrovalovne pečice, ki ogreva hrano brez zunanje toplote, do vibracij v skorji, kar vodi do uničujočih potresov.