Rezonanță (fizică)

Primăvara în rezonanță

Rezonanța este un fenomen fizic care apare atunci când un sistem oscilant forțat este supus la solicitări periodice de o frecvență egală cu oscilația sistemului în sine, cu efect de amplificare progresivă a oscilației în sine.

Descriere

În 1665 fizicianul și matematicianul olandez Christiaan Huygens , unul dintre primii care au postulat teoria undelor luminii, a observat că, plasând două pendule unul lângă altul și pe același perete, au avut tendința de a-și regla mișcarea oscilatorie, de parcă „ei a vrut să-și asume același ritm ” . Cu studiile sale a descoperit acel fenomen pe care astăzi îl numim „rezonanță”. În cazul celor două pendule, se spune că unul face ca celălalt să rezoneze la propria frecvență. În același mod și prin același principiu, dacă lovești o diapazonă , care produce unde la frecvența fixă de 440 Hz, și o plasezi aproape de o a doua diapazonă „silențioasă”, după un interval scurt, aceasta din urmă începe să vibrează.

Un fenomen de rezonanță determină, în general, o creștere semnificativă a amplitudinii oscilațiilor, ceea ce corespunde unei acumulări considerabile de energie în cadrul sistemului stresat.

În acest fenomen, un sistem interacționează cu o forță periodică externă, care transmite o anumită cantitate de energie către un corp care se mișcă cu mișcare armonică. Un exemplu este cel al băiatului care stă în leagăn, unde avem: excitatorul (băiatul care împinge) și rezonatorul (sistemul de leagăn + băiat). Dacă împingerea este de o anumită cantitate, în punctul în care direcția mișcării de oscilație este inversată, ea va atinge o înălțime mai mare cu fiecare împingere. Valoarea pe care trebuie să o aibă depinde de proprietățile rezonatorului. Se spune că excitatorul și rezonatorul sunt în sincronism. Rezonanța poate distruge sistemul datorită acumulării excesive de energie.

În sistemele amortizate prin frecare vâscoasă (deci, în general, toate oscilatoarele reale), amplitudinea maximă a oscilațiilor induse sistemului apare atunci când frecvența de solicitare este ușor mai mică decât frecvența naturală. Cu toate acestea, această diferență scade odată cu scăderea coeficientului de amortizare. De fapt, frecvența naturală, care corespunde amplitudinii maxime, este: $\omega _{M}={\sqrt {\omega _{0}^{2}-2\gamma ^{2}}}\ <\omega _{0}$ ${\ displaystyle \ omega _ {M} = {\ sqrt {\ omega _ {0} ^ {2} -2 \ gamma ^ {2}}} \ <\ omega _ {0}}$ ${\ displaystyle \ omega _ {M} = {\ sqrt {\ omega _ {0} ^ {2} -2 \ gamma ^ {2}}} \ <\ omega _ {0}}$ , unde este $\omega _{0}$ ${\ displaystyle \ omega _ {0}}$ $\ omega _ {0}$ este propria pulsație a sistemului, e $\gamma$ ${\ displaystyle \ gamma}$ $\gamă$ este coeficientul de amortizare . Acest lucru se întâmplă numai în cazul inegalității $\omega _{0}^{2}>{\gamma ^{2}}$ ${\ displaystyle \ omega _ {0} ^ {2}> {\ gamma ^ {2}}}$ ${\ displaystyle \ omega _ {0} ^ {2}> {\ gamma ^ {2}}}$ (amortizare slabă). În caz contrar, condiția de rezonanță nu generează nici o amplitudine maximă, deoarece tensiunea externă variază.

Adesea prin condiție de rezonanță se înțelege exact atunci când frecvența de solicitare este cea care generează amplitudinea maximă de oscilație a sistemului. Un corp capabil să vibreze cu o anumită frecvență, dacă este lovit de o undă cu aceeași frecvență, începe să vibreze, dar toate celelalte nu.

Exemple

Un diapazon pe cutia sa de rezonanță, un exemplu de rezonanță acustică

Rezonanță armonică : se manifestă în mișcarea armonică forțată fără și cu amortizare, în sisteme reale precum arc sau pendul matematic cu mici oscilații, ambele sub acțiunea forțelor ciclice.
Rezonanță parametrică : se manifestă prin mișcare parametrică, în sisteme reale precum balansoarul și parampurile
Rezonanță acustică : apare în sistemele acustice
Rezonanță Helmholtz : fenomen de rezonanță acustică a aerului dintr-o cavitate
Rezonanță electrică : apare în circuitele electrice
Rezonanță Schumann : privește planeta Pământ

Bibliografie

C. Mencuccini și V. Silvestrini, Fizica I (Mecanică și termodinamică) , ed. A III-a, ISBN 88-207-1493-0 , Liguori Editore, 1996.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere cu rezonanță

linkuri externe

Acest site prezintă câteva videoclipuri legate de diverse fenomene de rezonanță.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 4940 · LCCN (EN) sh85113157 · GND (DE) 4132123-6 · BNF (FR) cb11977254g (dată) · NDL (EN, JA) 00.567.246

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica