Resonansi suara di alam. Resonansi adalah fenomena fisik

Sekolah menengah MBOU Lokot No. 1 dinamai demikian. P.A.Markova

Topik penelitian:

"Resonansi di alam dan teknologi"

Selesai:

siswa kelas 10

Kostyukov Sergey

Pembimbing Ilmiah:

guru fisika

Golovneva Irina

Aleksandrovna

"Mulai dari Sains"

Siku 2013

Apa itu resonansi?

Bahaya dan manfaat resonansi.

Contoh resonansi.

Sejarah penemuan.

Resonansi listrik.

Aplikasi resonansi listrik.

Resonansi dalam mekanika, teknik elektro, gelombang mikro,

akustik, optik dan astrofisika.

Tujuan proyek adalah studi tentang fenomena resonansi.

Relevansi proyek.

Fenomena resonansi sangat penting bagi hampir semua cabang teknik elektro terapan dan sangat aktif digunakan dalam teknik radio, akustik terapan, teknik elektro, elektronika, dan industri lainnya.

Untuk mencapai tujuan ini, tugas-tugas berikut ditetapkan:

Menganalisa sastra khusus pada topik ini.

Pelajari sejarah resonansi.

Mengungkapkan esensi dari fenomena resonansi.

Tunjukkan pemanfaatan fenomena resonansi di berbagai cabang teknologi.

Bagian teoritis.

Resonansi- fenomena peningkatan tajam amplitudo osilasi paksa, yang terjadi ketika frekuensi pengaruh eksternal mendekati nilai tertentu (frekuensi resonansi),

ditentukan oleh sifat-sifat sistem.

Peningkatan amplitudo hanyalah konsekuensi dari resonansi, dan alasannya adalah kebetulan frekuensi eksternal (menarik) dengan frekuensi internal (alami) dari sistem osilasi.

Dengan menggunakan fenomena resonansi, osilasi periodik yang sangat lemah sekalipun dapat diisolasi dan diperkuat.

Resonansi adalah fenomena bahwa pada frekuensi tertentu gaya penggerak, sistem osilasi menjadi sangat responsif terhadap aksi gaya tersebut. Derajat daya tanggap dalam teori osilasi digambarkan oleh suatu besaran yang disebut faktor kualitas.

Penggunaan:

Melarutkan susu bubuk dalam air.

Resonator pada alat musik.

Pemeriksaan resonansi magnetik tubuh.

Mengayunkan ayunan.

Mengayunkan lidah lonceng.

Kunci dan kunci beresonansi.

Menyakiti:

Penghancuran struktur.

Kabel putus.

Percikan air dari ember.

Goyang mobil di sambungan rel.

Getaran di saluran pipa.

Mengayunkan beban pada derek.

Rusaknya jembatan akibat berjalan melintasinya.

Resonansi jembatan di bawah pengaruh guncangan berkala ketika kereta api melewati sambungan rel.

Keadaan tertentu yang muncul baru-baru ini memungkinkan kita untuk melihat semburan batu sebagai model laboratorium gempa bumi alami. Artinya, asumsikan itu gempa bumi alami memiliki asal usul yang beresonansi.

Ada kasus yang diketahui ketika seluruh kapal mengalami resonansi pada kecepatan poros baling-baling tertentu.

Fenomena resonansi pertama kali dijelaskan oleh Galileo Galilei pada tahun 1602 dalam karyanya yang mempelajari tentang pendulum dan dawai musik.

Penerapan fenomena resonansi listrik dalam teknologi.

Jika frekuensi ω kekuatan eksternal mendekati frekuensi alami ω0, a peningkatan tajam amplitudo osilasi paksa. Fenomena ini disebut resonansi. Ketergantungan amplitudo xm osilasi paksa pada frekuensi gaya penggerak disebut karakteristik resonansi atau kurva resonansi (Gambar 2).

Selama resonansi, amplitudo xm getaran beban bisa berkali-kali lebih besar daripada amplitudo ym getaran ujung bebas (kiri) pegas yang disebabkan oleh pengaruh luar. Dengan tidak adanya gesekan, amplitudo osilasi paksa selama resonansi akan meningkat tanpa batas. DI DALAM kondisi nyata amplitudo osilasi paksa dalam keadaan tunak ditentukan oleh kondisi: kerja gaya luar selama periode osilasi harus sama dengan hilangnya energi mekanik selama waktu yang sama akibat gesekan. Semakin rendah gesekan (yaitu, semakin tinggi faktor kualitas Q sistem osilasi), semakin besar amplitudo osilasi paksa pada resonansi.

Dalam sistem osilasi dengan faktor kualitas yang tidak terlalu tinggi (

Fenomena resonansi dapat menyebabkan rusaknya jembatan, bangunan dan bangunan lainnya jika frekuensi alami osilasinya bertepatan dengan frekuensi periodiknya. kekuatan akting, yang muncul misalnya karena putaran motor yang tidak seimbang.

Gambar 2.

Kurva resonansi di berbagai tingkatan redaman: 1 – sistem osilasi tanpa gesekan; pada resonansi, amplitudo xm osilasi paksa meningkat tanpa batas; 2, 3, 4 – kurva resonansi nyata untuk sistem osilasi dengan faktor kualitas berbeda: Q2 Q3 Q4. Pada frekuensi rendah (ω ω0) xm → 0.

Resonansi listrik.

Fenomena peningkatan amplitudo osilasi arus ketika frekuensinya bertepatan sumber eksternal dengan frekuensi alami rangkaian listrik disebut resonansi listrik.

Fenomena resonansi listrik berperan peran yang berguna saat menyetel penerima radio ke stasiun radio yang diinginkan, mengubah nilai induktansi dan kapasitansi, Anda dapat memastikan bahwa frekuensi alami rangkaian osilasi akan bertepatan dengan frekuensinya gelombang elektromagnetik, dipancarkan oleh stasiun radio mana pun. Akibatnya, titik-titik kecil yang beresonansi akan muncul di sirkuit. Hal ini mengarah pada penyetelan radio ke stasiun yang diinginkan.

Fitur lain dari resonansi listrik adalah kemungkinan penggunaannya pada mesin dengan aktif magnet permanen. Karena elektromagnet kontrol secara berkala mengubah polaritasnya, mis. makan arus bolak-balik, elektromagnet dapat dimasukkan dalam rangkaian osilasi dengan kapasitansi.

Sambungan elektromagnet dapat seri, paralel atau gabungan, dan kapasitansi dipilih sesuai dengan resonansi pada frekuensi operasi motor, sedangkan nilai rata-rata arus yang melalui elektromagnet akan besar, dan pemberian arus eksternal terutama akan mengkompensasi kerugian aktif. Rupanya, mode operasi ini akan menjadi yang paling menarik dari sudut pandang efisiensi, dan motor dalam hal ini akan disebut stepper resonansi magnetik.

Mekanika.

Sistem resonansi mekanis yang paling familiar bagi kebanyakan orang adalah ayunan biasa. Jika Anda mendorong ayunan sesuai dengan frekuensi resonansinya, jangkauan gerakannya akan bertambah, jika tidak, gerakannya akan memudar.

Fenomena resonansi dapat menyebabkan kerusakan permanen pada berbagai sistem mekanis. Pengoperasian resonator mekanik didasarkan pada konversi energi potensial menjadi energi kinetik.

Rangkaian.

Senar instrumen seperti kecapi, gitar, biola, atau piano memiliki frekuensi resonansi mendasar yang berbanding lurus dengan panjang, massa, dan tegangan senar. Menaikkan tegangan dawai dan menurunkan massa (ketebalan) serta panjangnya akan meningkatkan frekuensi resonansinya. Namun, frekuensi bukanlah getaran harmonis yang dianggap sebagai not musik.

Elektronik.

Pada perangkat elektronik, resonansi terjadi pada frekuensi tertentu ketika komponen induktif dan kapasitif dari respon sistem seimbang, memungkinkan energi bersirkulasi antara medan magnet elemen induktif dan medan listrik kapasitor.

Mekanisme resonansi adalah medan magnet yang dihasilkan oleh induktansi arus listrik, mengisi kapasitor, dan melepaskan kapasitor menciptakan medan magnet di dalamnya

diulang berkali-kali, dengan analogi dengan pendulum mekanis.

Dalam elektronik gelombang mikro, resonator volumetrik banyak digunakan, paling sering berbentuk silinder atau toroidal dengan dimensi sesuai urutan panjang gelombang, di mana osilasi berkualitas tinggi dimungkinkan. elektro medan magnet pada frekuensi terpisah ditentukan kondisi batas.

Optik.

Dalam jangkauan optik, jenis resonator yang paling umum adalah resonator Fabry-Perot, yang dibentuk

sepasang cermin, di antaranya gelombang berdiri terbentuk dalam resonansi. Jenis resonator optik tipe Fabry - Perot :

1. Datar - paralel;

2. Konsentris (berbentuk bola);

3. Belahan bumi;

4. Konfokal;

5. Cembung-cekung.

Akustik.

Fenomena resonansi dapat diamati pada getaran mekanis dengan frekuensi berapa pun, khususnya pada getaran suara. Kita mempunyai contoh resonansi suara atau akustik pada percobaan berikut.

Mari kita letakkan dua garpu tala yang identik di samping satu sama lain, putar lubang kotak tempat garpu tersebut dipasang menghadap satu sama lain (Gbr. 40). Kotak diperlukan karena dapat memperkuat suara garpu tala. Hal ini terjadi karena adanya resonansi antara garpu tala dan kolom udara yang tertutup di dalam kotak; oleh karena itu kotak tersebut disebut resonator atau kotak resonansi. Kami akan menjelaskan pengoperasian kotak-kotak ini secara lebih rinci di bawah ini, ketika mempelajari perambatan gelombang suara di udara. Dalam percobaan yang sekarang akan kita analisis, peran kotak hanyalah sebagai pelengkap.

Beras. 40. Resonansi garpu tala

Mari kita pukul salah satu garpu tala lalu meredamnya dengan jari kita. Kita akan mendengar bagaimana bunyi garpu tala kedua.

Mari kita ambil dua garpu tala yang berbeda, mis. ketinggian yang berbeda nada, dan ulangi percobaan. Sekarang masing-masing garpu tala tidak lagi merespon suara garpu tala lainnya.

Tidak sulit menjelaskan hasil ini. Getaran salah satu garpu tala (1) bekerja melalui udara dengan suatu gaya pada garpu tala kedua (2), menyebabkan garpu tala kedua (2) melakukan osilasi paksa. Karena garpu tala 1 melakukan osilasi harmonik, maka gaya yang bekerja pada garpu tala 2 akan berubah menurut hukum osilasi harmonik dengan frekuensi garpu tala 1. Jika frekuensi gaya sama dengan frekuensi alami garpu tala 2 , kemudian terjadi resonansi - garpu tala 2 berayun kuat. Jika frekuensi gaya berbeda, maka getaran paksa garpu tala 2 akan sangat lemah sehingga kita tidak dapat mendengarnya.

Karena garpu tala memiliki redaman yang sangat kecil, resonansinya tajam (§ 14). Oleh karena itu, bahkan perbedaan kecil antara frekuensi garpu tala menyebabkan fakta bahwa yang satu berhenti merespons getaran yang lain. Misalnya saja, cukup merekatkan potongan plastisin atau lilin ke kaki salah satu dari dua garpu tala yang identik, dan garpu tala tersebut sudah tidak selaras, tidak akan ada resonansi.

Kita melihat bahwa semua fenomena selama osilasi paksa terjadi dengan garpu tala dengan cara yang sama seperti dalam percobaan osilasi paksa suatu beban pada pegas (§ 12).

Jika bunyinya berupa nada ( osilasi periodik), tetapi bukan merupakan nada (getaran harmonik), maka sebagaimana kita ketahui, ia terdiri dari kumpulan nada-nada: paling rendah (fundamental) dan nada-nada tambahan. Garpu tala harus beresonansi terhadap bunyi tersebut setiap kali frekuensi garpu tala bertepatan dengan frekuensi harmonik bunyi mana pun. Percobaan dapat dilakukan dengan sirene yang disederhanakan dan garpu tala dengan menempatkan lubang resonator garpu tala pada aliran udara yang terputus-putus. Jika frekuensi garpu tala sama dengan , maka, seperti yang mudah dilihat, garpu tala akan merespon bunyi sirene tidak hanya pada 300 interupsi per detik (resonansi dengan nada utama sirene), tetapi juga pada 150. interupsi - resonansi pada nada atas pertama sirene, dan pada 100 interupsi - resonansi pada nada atas kedua, dll.

Tidaklah sulit untuk mereproduksi eksperimen yang mirip dengan eksperimen dengan seperangkat pendulum dengan getaran suara (§ 16). Untuk melakukan ini, Anda hanya perlu memiliki satu set resonator suara - garpu tala, senar, pipa organ. Jelas sekali, senar grand piano atau piano membentuk serangkaian sistem osilasi yang sangat luas dengan frekuensi alami yang berbeda. Jika, dengan membuka piano dan menekan pedal, kita menyanyikan sebuah nada dengan keras melalui senar, kita akan mendengar bagaimana instrumen tersebut merespons dengan suara dengan nada yang sama dan timbre yang serupa. Dan di sini suara kita menciptakan gaya periodik melalui udara yang bekerja pada semua senar. Namun, hanya mereka yang merespons yang beresonansi dengan getaran harmonik - nada dasar dan nada tambahan yang membentuk nada yang kita nyanyikan.

Dengan demikian, eksperimen dengan resonansi akustik dapat menjadi ilustrasi yang sangat baik tentang validitas teorema Fourier.

Resonansi adalah salah satu proses fisik terpenting yang digunakan dalam desain perangkat suara, yang sebagian besar berisi resonator, misalnya senar dan badan biola, tabung seruling, dan badan drum.

Infrasonik intensitas tinggi, yang menimbulkan resonansi, karena kebetulan frekuensi getaran organ dalam dan infrasonik, menyebabkan terganggunya fungsi hampir semua organ dalam, mungkin saja akibat yang fatal akibat henti jantung atau pecahnya pembuluh darah. Tindakan pencegahan khusus harus diambil untuk mencegah terjadinya getaran suara dengan frekuensi berikut, karena kebetulan frekuensi menyebabkan resonansi:

Frekuensi alami (resonansi) dari beberapa bagian tubuh manusia

20-30 Hz
resonansi kepala
40-100 Hz
resonansi mata
0.5-13 Hz
resonansi peralatan vestibular
4-6 Hz
resonansi jantung
2-3 Hz
resonansi perut
2-4 Hz
resonansi usus
6-8 Hz
resonansi ginjal
2-5 Hz
resonansi tangan
5-7 Hz
menimbulkan perasaan takut dan panik

Astrofisika.

Resonansi orbital di mekanika angkasa adalah keadaan di mana dua (atau lebih) benda langit mempunyai periode orbit yang dihubungkan sebagai bilangan asli kecil. Akibatnya, ini benda langit mengerahkan gravitasi teratur

saling mempengaruhi, yang dapat menstabilkan orbitnya.

Kemarahan publik.

Resonansi publik adalah reaksi banyak orang (kemarahan, kegembiraan, tanggapan, dll) terhadap tindakan tertentu (informasi, perilaku, pernyataan, dll) dari seseorang atau sesuatu. Resonansi publik dapat ditimbulkan secara artifisial dengan menarik dana media massa perhatian masyarakat terhadap satu atau lain sosial atau peristiwa politik.

Selain itu, kemarahan masyarakat dimanfaatkan oleh kelompok tertentu untuk menekan lembaga peradilan, eksekutif dan legislatif, pemerintah, organisasi publik Dan partai politik.

Kesimpulan.

Sebagai hasil dari pembuatan proyek, saya melakukan banyak penelitian yang bertujuan mempelajari fenomena resonansi: bekerja dengan literatur ilmiah, menonton video, mensurvei siswa kelas 10. Selama pekerjaan saya, saya menemukan bahwa Fenomena resonansi merupakan fenomena fisika yang sangat penting bagi manusia dan digunakan dalam banyak cabang ilmu pengetahuan dan teknologi. Namun selain manfaatnya, resonansi juga bisa menimbulkan kerugian.

Proyek ini dapat digunakan sebagai materi tambahan saat mempelajari topik “Resonansi” di kelas 9 dan 11.

Daftar literatur bekas:

en.wikipedia.org

mirslovarei.com - apa itu resonansi publik (materi dari Kamus Politik)

4. M. Metode terapan dalam teori getaran. - M.: Nauka, 1988.

5. Buku referensi universal, S.Yu. Kurganov, N.A. Gyrdymova - M.: Eksmo, 2011.

Pernahkah Anda mendengar bahwa pasukan tentara harus berhenti berbaris ketika melintasi jembatan? Para prajurit, yang sebelumnya berjalan secara bertahap, berhenti melakukannya dan mulai berjalan dengan kecepatan bebas.

Perintah seperti itu tidak diberikan oleh komandan dengan tujuan memberikan kesempatan kepada prajurit untuk mengagumi keindahan setempat. Hal ini dilakukan untuk mencegah tentara menghancurkan jembatan. Apa hubungannya di sini? Sangat sederhana. Untuk memahami hal ini, Anda perlu mengenal fenomena resonansi.

Apa yang dimaksud dengan fenomena resonansi: frekuensi getaran

Untuk lebih memahami apa itu resonansi, ingatlah kesenangan yang sederhana dan menyenangkan seperti menaiki ayunan gantung. Satu orang duduk di atasnya, dan orang kedua mengayunkannya.

Dan dengan menggunakan sedikit tenaga, bahkan seorang anak kecil pun dapat mengguncang orang dewasa dengan sangat kuat. Bagaimana dia mencapai hal ini? Frekuensi ayunannya bertepatan dengan frekuensi ayunan, terjadi resonansi, dan amplitudo ayunan meningkat pesat. Sesuatu seperti itu. Tapi hal pertama yang pertama.

Frekuensi osilasi Ini adalah jumlah getaran dalam satu detik. Ini diukur bukan dalam waktu, tetapi dalam hertz (1 Hz). Artinya, frekuensi osilasi 50 hertz berarti benda menghasilkan 50 osilasi per detik.

Dalam kasus osilasi paksa, selalu ada benda yang berosilasi sendiri (atau dalam kasus kami berayun) dan gaya penggerak. Jadi gaya luar ini bekerja dengan frekuensi tertentu pada benda.

Dan jika frekuensinya sangat berbeda dengan frekuensi osilasi benda itu sendiri, maka gaya eksternal akan membantu osilasi benda secara lemah atau, secara ilmiah, akan memperkuat osilasinya dengan lemah.

Misalnya, jika Anda mencoba mengayunkan seseorang dengan mendorongnya saat dia terbang ke arah Anda, Anda dapat menjatuhkan tangan Anda dan melemparkan orang tersebut, tetapi kemungkinan besar Anda tidak akan banyak mengayunkannya.

Namun jika Anda mengayunkannya, mendorongnya ke arah gerakan, maka Anda memerlukan sedikit usaha untuk mencapai hasilnya. Ini dia kebetulan frekuensi atau resonansi getaran. Pada saat yang sama, amplitudonya meningkat pesat.

Contoh osilasi resonansi: manfaat dan bahaya

Begitu pula saat menaiki ayunan versi lain yang berupa papan di atas dudukan, akan lebih mudah dan efektif untuk mendorong tanah dengan kaki saat sisi ayunan Anda sudah naik, dan bukan saat jatuh.

Untuk alasan yang sama, sebuah mobil yang terjebak di dalam lubang secara bertahap diguncang dan didorong ke depan pada saat mobil itu sendiri bergerak maju. Hal ini secara signifikan meningkatkan inersianya, meningkatkan amplitudo getaran.

ada banyak contoh serupa, yang menunjukkan bahwa dalam prakteknya kita sangat sering menggunakan fenomena resonansi, namun kita melakukannya secara intuitif, tanpa menyadari bahwa kita sedang menerapkan kaidah fisika.

Kegunaan fenomena resonansi telah dibahas di atas. Namun resonansi juga bisa berbahaya. Terkadang peningkatan amplitudo getaran bisa sangat berbahaya. Secara khusus, kami berbicara tentang rombongan tentara di jembatan.

Jadi ada beberapa kasus dalam sejarah ketika jembatan benar-benar runtuh dan jatuh ke air di bawah langkah tentara. Yang terakhir terjadi sekitar seratus tahun yang lalu di St. Petersburg. Dalam kasus seperti itu, frekuensi hentakan sepatu bot tentara bertepatan dengan frekuensi getaran jembatan, dan jembatan tersebut runtuh.

Perkenalan

Bab 1. Getaran paksa

1Ciri-ciri getaran paksa dan contohnya

2 Fenomena resonansi

Bab 2. Pemanfaatan getaran dalam teknologi

1 Getaran gratis

2 Penggunaan getaran dalam pengecoran

3 Menggunakan getaran untuk menyortir bahan curah

Bab 3. Tindakan berbahaya fluktuasi

1 Pitching dan stabilisator kapal

2 Fluktuasi kru

3 Anti-resonansi

Kesimpulan

Daftar literatur bekas

Perkenalan

Minat yang saat ini ditunjukkan pada proses osilasi sangat luas dan melampaui studi tentang ayunan pendulum, seperti yang terjadi pada penelitian ini. awal abad ke-17 abad, ketika para ilmuwan baru mulai tertarik pada osilasi.

Mengenal berbagai cabang ilmu pengetahuan, mengamati fenomena alam, tidak sulit untuk melihat bahwa getaran merupakan salah satu bentuk gerak mekanis yang paling umum. Kami menemukan gerakan osilasi di kehidupan sehari-hari dan teknologi: pendulum jam dinding berayun secara berkala pada posisi vertikal, fondasi turbin berkecepatan tinggi berosilasi seiring dengan putaran poros utama, badan gerbong kereta api berayun pada pegas ketika melewati sambungan rel , dll.

Dalam semua kasus ini, benda yang berosilasi melakukan gerakan periodik (berulang) di antara keduanya posisi ekstrem, melewati titik yang sama melalui interval waktu yang kurang lebih sama, terkadang dalam satu arah, terkadang dalam arah berlawanan.

Menurut pandangan ilmiah modern, suara, panas, cahaya, fenomena elektromagnetik, yaitu. Proses fisik terpenting di dunia sekitar kita adalah berbagai jenis getaran.

Ucapan manusia, yang merupakan sarana komunikasi yang kuat antar manusia, dikaitkan dengan getaran pita suara. Musik, yang mampu mereproduksi dan membangkitkan emosi kompleks (pengalaman, sensasi) pada manusia, ditentukan secara fisik dengan cara yang sama seperti fenomena suara lainnya melalui getaran udara, senar, piringan, dan lainnya. benda elastis. Osilasi memainkan peran luar biasa dalam cabang teknologi terkemuka seperti listrik dan radio. Pembangkitan, transmisi dan konsumsi energi listrik, telepon, telegrafi, siaran radio, televisi (mentransmisikan gambar jarak jauh), radar (metode mengenali objek yang terletak ratusan kilometer jauhnya menggunakan gelombang radio) - semua cabang teknologi yang penting dan kompleks ini didasarkan pada penggunaan listrik dan getaran elektromagnetik.

Kita menemukan getaran pada organisme hidup. Detak jantung, kontraksi lambung dan organ lainnya terjadi secara berkala.

Pembangun dan perancang harus memperhitungkan kemungkinan getaran berbagai struktur dan mesin. Pembuat kapal berurusan dengan pitching dan getaran (osilasi) sebuah kapal. Pekerja transportasi tertarik pada getaran mobil, lokomotif, jembatan, dan pilot tertarik pada getaran pesawat terbang. Sulit untuk menyebutkan cabang teknologi yang getarannya tidak memainkan peran penting. Keanekaragaman dan kekayaan bentuk proses osilasi sangat besar. Dalam beberapa kasus, getaran mekanis yang menyertai pengoperasian mesin bersifat merugikan dan berbahaya. Dalam kasus lain, properti dan fitur getaran mekanis digunakan dalam teknik mesin dan konstruksi dengan manfaat besar untuk berbagai keperluan teknis.

Subyek kajian karya ini adalah osilasi paksa.

Tujuan dari tugas kursus ini: untuk mempelajari sebanyak mungkin tentang fenomena resonansi, akibat yang ditimbulkan oleh resonansi, dan di mana fenomena ini diterapkan.

Tujuan: mempelajari lebih dalam ciri-ciri getaran paksa dan apa perannya dalam teknologi.

Bab 1. Getaran paksa

.1 Ciri-ciri getaran paksa dan contohnya

Osilasi paksa adalah osilasi yang terjadi dalam sistem osilasi di bawah pengaruh gaya eksternal yang berubah secara berkala. Gaya ini, pada umumnya, mempunyai peran ganda: pertama, gaya ini mengguncang sistem dan menyediakan pasokan energi tertentu; kedua, secara berkala mengisi kembali energi yang hilang (konsumsi energi) untuk mengatasi kekuatan hambatan dan gesekan.

Biarkan kekuatan pendorong berubah seiring waktu menurut hukum:

Mari kita buat persamaan gerak untuk sistem yang berosilasi di bawah pengaruh gaya tersebut. Kami berasumsi bahwa sistem juga dipengaruhi oleh gaya kuasi-elastis dan kekuatan resistensi lingkungan (yang benar dengan asumsi fluktuasi kecil). Maka persamaan gerak sistem akan tampak seperti:

atau

Setelah melakukan pergantian pemain , , - frekuensi alami osilasi sistem, kita memperoleh persamaan diferensial linier tidak seragam 2 th memesan:

Dari teori persamaan diferensial diketahui penyelesaian umumnya Bukan persamaan homogen sama dengan jumlah penyelesaian umum persamaan homogen dan penyelesaian khusus persamaan tidak homogen.

Solusi umum persamaan homogen diketahui:

Di mana ;0dan a adalah konstanta sembarang.

Dengan menggunakan diagram vektor, Anda dapat memverifikasi kebenaran asumsi ini dan juga menentukan nilainya A Dan J .

Amplitudo osilasi ditentukan oleh ekspresi berikut:

Arti J , yang merupakan besarnya jeda fase dari osilasi paksa dari kekuatan memaksa yang menentukannya , juga ditentukan dari diagram vektor dan adalah:

Akhirnya, solusi khusus dari persamaan tak homogen akan berbentuk:

(1)

Fungsi ini secara total memberikan solusi umum persamaan diferensial tak homogen yang menggambarkan perilaku sistem pada osilasi paksa. Istilah (2) memainkan peran penting dalam tahap awal proses, selama apa yang disebut pembentukan osilasi (Gbr. 1). Seiring berjalannya waktu karena faktor eksponensial peran suku kedua (2) semakin berkurang, dan setelah waktu yang cukup lama ia dapat diabaikan, hanya menyisakan suku (1) dalam penyelesaiannya.

(2)

Gambar 1. Tahapan proses terjadinya osilasi

Jadi, fungsi (1) menggambarkan osilasi paksa dalam kondisi tunak. Mereka mewakili osilasi harmonik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi gaya penggerak. Amplitudo osilasi paksa sebanding dengan amplitudo gaya penggerak. Untuk sistem osilasi tertentu (didefinisikan w 0dan b) amplitudonya bergantung pada frekuensi gaya penggerak. Osilasi paksa tertinggal satu fase dari gaya penggerak, dan besarnya jeda adalah J juga tergantung pada frekuensi tenaga penggeraknya.

Ketergantungan amplitudo osilasi paksa pada frekuensi gaya penggerak mengarah pada fakta bahwa pada frekuensi tertentu yang ditentukan untuk sistem tertentu, amplitudo osilasi mencapai nilai maksimum. Sistem osilasi ternyata sangat responsif terhadap aksi gaya penggerak pada frekuensi ini. Fenomena ini disebut resonansi, dan frekuensi yang sesuai disebut frekuensi resonansi.

Dalam beberapa kasus, sistem osilasi berosilasi di bawah pengaruh gaya eksternal, yang kerjanya secara berkala mengkompensasi hilangnya energi akibat gesekan dan hambatan lainnya. Frekuensi osilasi tersebut tidak bergantung pada sifat-sifat sistem osilasi itu sendiri, tetapi pada frekuensi perubahan gaya periodik di bawah pengaruh sistem yang membuat osilasinya. Dalam hal ini, kita berurusan dengan osilasi paksa, yaitu osilasi yang dikenakan pada sistem kita oleh aksi gaya eksternal.

Sumber gaya-gaya pengganggu, dan karenanya osilasi paksa, sangat beragam.

Mari kita membahas sifat kekuatan pengganggu yang terdapat pada alam dan teknologi. Seperti yang telah disebutkan, mesin listrik, turbin uap atau gas, roda gila berkecepatan tinggi, dll. karena ketidakseimbangan massa yang berputar menyebabkan getaran pada rotor, lantai pondasi bangunan, dll. Mesin piston, yang meliputi mesin pembakaran internal dan mesin uap, akibat gerakan bolak-balik beberapa bagian (misalnya piston), pembuangan gas atau uap, merupakan sumber gaya pengganggu secara berkala.

Biasanya, gaya pengganggu meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan alat berat, sehingga pengendalian getaran pada alat berat berkecepatan tinggi menjadi sangat penting. Hal ini sering dilakukan dengan membuat fondasi elastis khusus atau memasang suspensi elastis pada mesin. Jika mesin dipasang secara kaku pada pondasi, maka gaya gangguan yang bekerja pada mesin hampir seluruhnya disalurkan ke pondasi dan kemudian melalui tanah ke gedung tempat mesin dipasang, serta ke bangunan di sekitarnya.

Untuk mengurangi pengaruh gaya-gaya yang tidak seimbang pada alas, frekuensi alami getaran mesin pada alas elastis (gasket) harus jauh lebih rendah daripada frekuensi gaya-gaya pengganggu, yang ditentukan oleh jumlah putaran. mesin.

Penyebab terjadinya osilasi paksa pada kapal, tergulingnya kapal, adalah gelombang yang secara berkala menimpa kapal yang terapung. Selain goyangan kapal secara keseluruhan akibat pengaruh gelombang air, juga terjadi osilasi paksa (getaran). bagian individu lambung kapal. Penyebab getaran tersebut adalah ketidakseimbangan mesin induk kapal yang memutar baling-baling, serta mekanisme bantu (pompa, dinamo, dll). Selama pengoperasian mekanisme kapal, gaya inersia massa yang tidak seimbang muncul, yang frekuensi pengulangannya bergantung pada jumlah putaran mesin. Selain itu, getaran paksa pada kapal dapat disebabkan oleh benturan baling-baling secara berkala pada lambung kapal.

Getaran paksa pada jembatan dapat disebabkan oleh sekelompok orang yang berjalan di sepanjang jembatan tersebut secara bertahap. Osilasi jembatan kereta api mungkin timbul di bawah pengaruh kembaran yang menghubungkan roda penggerak lokomotif yang lewat. Untuk alasan yang menyebabkan getaran paksa pada bergerak kereta(lokomotif listrik, lokomotif uap atau lokomotif diesel, dan mobil), termasuk benturan roda yang berulang secara berkala pada sambungan rel. Getaran paksa pada mobil disebabkan oleh benturan roda yang berulang-ulang pada permukaan jalan yang tidak rata. Getaran paksa pada elevator dan sangkar pengangkat tambang terjadi karena pengoperasian mesin pengangkat yang tidak merata, akibat bentuknya tidak beraturan drum tempat tali dililitkan, dll. Penyebab terjadinya getaran paksa pada kabel transmisi tenaga adalah: gedung-gedung tinggi, tiang kapal dan cerobong asap mungkin ada hembusan angin.

Yang menarik adalah getaran paksa pada pesawat, yang dapat disebabkan oleh karena berbagai alasan. Di sini, pertama-tama, kita harus mengingat getaran pesawat yang disebabkan oleh pengoperasian kelompok baling-baling. Akibat ketidakseimbangan mekanisme engkol, mesin berjalan, dan putaran baling-baling, terjadi guncangan berkala yang mendukung getaran paksa.

Selain osilasi yang disebabkan oleh aksi gaya periodik eksternal yang dibahas di atas, pengaruh eksternal yang sifatnya berbeda juga diamati di pesawat terbang. Secara khusus, getaran timbul karena buruknya perampingan bagian depan pesawat. Aliran yang buruk di sekitar bangunan atas pada sayap atau hubungan yang tidak mulus antara sayap dan badan pesawat (badan) pesawat menyebabkan pembentukan pusaran. Pusaran udara, terlepas, menciptakan aliran berdenyut yang mengenai ekor dan menyebabkannya bergetar. Guncangan pesawat seperti itu terjadi dalam kondisi penerbangan tertentu dan diwujudkan dalam bentuk guncangan yang tidak terjadi secara teratur, setiap 0,5-1 detik.

Getaran semacam ini, terutama terkait dengan getaran bagian-bagian pesawat akibat turbulensi aliran di sekitar sayap dan bagian depan pesawat lainnya, disebut “buffing”. Fenomena buffing yang disebabkan oleh terganggunya aliran dari sayap menjadi sangat berbahaya apabila periode tumbukan pada ekor pesawat mendekati periode getaran bebas pada ekor atau badan pesawat. Dalam hal ini, fluktuasi tipe hentakan meningkat tajam.

Sangat kasus-kasus menarik buffing diamati ketika menjatuhkan pasukan dari sayap pesawat. Kemunculan orang di sayap menyebabkan terbentuknya pusaran sehingga menimbulkan getaran pada pesawat. Kasus hentakan empennage lainnya pada pesawat dengan dua tempat duduk disebabkan oleh penumpang yang duduk di kokpit belakang yang kepalanya menonjol berkontribusi terhadap terbentuknya vortisitas aliran udara. Dengan tidak adanya penumpang di kabin belakang, tidak ada getaran yang terlihat.

Getaran pembengkokan baling-baling yang disebabkan oleh gaya-gaya aerodinamis yang mengganggu juga penting. Gaya-gaya ini timbul karena baling-baling, ketika berputar, melewati tepi depan sayap dua kali untuk setiap putaran. Kecepatan aliran udara di sekitar sayap dan pada jarak tertentu berbeda-beda, oleh karena itu gaya aerodinamis yang bekerja pada baling-baling harus berubah dua kali secara berkala untuk setiap putaran baling-baling. Keadaan inilah yang menjadi penyebab kehebohan getaran melintang bilah baling-baling.

1.1 Fenomena resonansi

Fenomena di mana terjadi peningkatan tajam dalam amplitudo osilasi paksa disebut resonansi.

Frekuensi resonansi ditentukan dari kondisi maksimum amplitudo osilasi paksa:

Kemudian, dengan mengganti nilai ini ke dalam ekspresi amplitudo, kita mendapatkan:

(4)

Dengan tidak adanya resistansi sedang, amplitudo osilasi pada resonansi akan berubah menjadi tak terhingga; frekuensi resonansi pada kondisi yang sama (b = 0) bertepatan dengan frekuensi osilasi alami.

Ketergantungan amplitudo osilasi paksa pada frekuensi gaya penggerak (atau, yang sama, pada frekuensi osilasi) dapat direpresentasikan secara grafis (Gbr. 2). Kurva individu berhubungan dengan nilai yang berbeda B . Semakin sedikit B , semakin tinggi dan ke kanan letak maksimum kurva ini (lihat ekspresi untuk w res. ). Dengan redaman yang sangat tinggi resonansi tidak diamati - dengan meningkatnya frekuensi, amplitudo osilasi paksa berkurang secara monoton (kurva bawah pada Gambar 2).

Gambar 2. Ketergantungan amplitudo osilasi paksa pada frekuensi gaya penggerak

Himpunan grafik yang disajikan sesuai dengan nilai b yang berbeda disebut kurva resonansi. Catatanmengenai kurva resonansi: seiring dengan kecenderungan w®0, semua kurva mempunyai nilai bukan nol yang sama dengan . Nilai ini mewakili perpindahan dari posisi setimbang yang diterima sistem di bawah pengaruh gaya konstan F 0. Pada w®¥ semua kurva cenderung asimtotik ke nol, karena pada frekuensi tinggi, gaya berubah arah dengan sangat cepat sehingga sistem tidak mempunyai waktu untuk bergeser dari posisi setimbangnya. Semakin kecil b, semakin besar amplitudo di dekat resonansi yang berubah seiring dengan frekuensi, semakin “tajam” maksimumnya.

Kelompok kurva resonansi parameter tunggal dapat dibuat, terutama dengan mudah, menggunakan komputer. Hasil konstruksi ini ditunjukkan pada Gambar. 3. Transisi ke satuan pengukuran “konvensional” dapat dilakukan hanya dengan mengubah skala sumbu koordinat.

Beras. 3. Fungsi yang menentukan besarnya redaman

Frekuensi gaya penggerak, di mana amplitudo osilasi paksa maksimum, juga bergantung pada koefisien redaman, sedikit menurun seiring dengan meningkatnya koefisien redaman. Terakhir, kami menekankan bahwa peningkatan koefisien redaman menyebabkan peningkatan yang signifikan pada lebar kurva resonansi.

Pergeseran fasa yang dihasilkan antara osilasi titik dan gaya penggerak juga bergantung pada frekuensi osilasi dan koefisien redamannya. Kita akan lebih memahami peran pergeseran fasa ini ketika mempertimbangkan konversi energi dalam proses osilasi paksa.

Getaran paksa dalam beberapa kasus menimbulkan bahaya terhadap pengoperasian normal mesin dan integritas struktur. Bahkan gaya pengganggu kecil yang bekerja secara berkala pada suatu struktur, dalam kondisi tertentu, dapat menjadi lebih berbahaya daripada kekuatan konstan, yang ukurannya puluhan kali lebih besar.

Pengaruh getaran sering kali terwujud tidak di sekitar tempat kerja gaya-gaya pengganggu, seperti yang diharapkan, tetapi di tempat-tempat yang jauh darinya dan bahkan dalam suatu sistem yang tidak berhubungan langsung dengan struktur yang terkena getaran. Jadi, misalnya. pengoperasian mesin menimbulkan getaran baik pada gedung tempat mesin berada maupun pada gedung yang terletak di dekatnya; pengoperasian mesin pompa air dapat menyebabkan getaran pada jembatan kereta api di dekatnya, dll.

Alasan fenomena aneh ini adalah kemampuan struktur apa pun untuk melakukan getaran elastis dengan frekuensi tertentu. Strukturnya dapat diibaratkan suatu alat musik, mampu menghasilkan bunyi-bunyian dengan nada tertentu dan merespon bunyi-bunyian tersebut jika didengar dari luar. Bila suatu struktur dikenai beban periodik dengan frekuensi tertentu, maka getaran yang sangat besar akan terjadi pada bagian struktur yang mempunyai frekuensi alami mendekati frekuensi tersebut atau kelipatannya. Jadi, pada bagian struktur ini, meskipun dipindahkan dari tempat penerapan beban, fenomena resonansi dapat terjadi. peredam teknologi resonansi getaran

Fenomena ini terjadi bila frekuensi gaya pengganggu sama dengan frekuensi natural sistem.

Fenomena peningkatan tajam amplitudo osilasi paksa ketika frekuensi gaya penggerak bertepatan dengan frekuensi alami suatu sistem yang mampu berosilasi disebut resonansi.

Fenomena resonansi penting karena cukup sering terjadi. Siapapun yang mendorong, misalnya, seorang anak di ayunan akan mengalami resonansi. Hal ini cukup sulit dilakukan jika Anda menutup mata dan mendorong ayunan secara acak. Namun jika Anda menemukan ritme yang tepat, maka mengayunkan ayunan itu mudah. Oleh karena itu, hasil terbesar hanya dapat dicapai jika waktu antara guncangan individu bertepatan dengan periode osilasi ayunan, yaitu. kondisi resonansi terpenuhi.

Fenomena resonansi harus diperhitungkan ketika merancang mesin dan berbagai jenis struktur. Frekuensi alami getaran perangkat ini tidak boleh mendekati frekuensi kemungkinan pengaruh eksternal. Jadi, misalnya, frekuensi alami getaran lambung kapal atau sayap pesawat terbang harus sangat berbeda dengan frekuensi getaran yang dapat dibangkitkan oleh putaran baling-baling kapal atau baling-baling pesawat terbang. Jika tidak, akan terjadi getaran dengan amplitudo besar, yang dapat menyebabkan kerusakan pada casing dan bencana. Ada beberapa kasus yang diketahui ketika jembatan runtuh ketika barisan tentara melewatinya. Hal ini terjadi karena frekuensi alami getaran jembatan ternyata mendekati frekuensi berjalan kolom.

Pada saat yang sama, fenomena resonansi seringkali sangat berguna. Berkat resonansi, misalnya, penggunaan getaran ultrasonik menjadi mungkin, yaitu. getaran suara frekuensi tinggi, dalam pengobatan: untuk menghancurkan batu yang terkadang terbentuk di tubuh manusia, untuk diagnosis berbagai penyakit. Untuk alasan yang sama, getaran ultrasonik dapat membunuh beberapa mikroorganisme, termasuk patogen.

Fenomena resonansi pada rangkaian listrik, ketika frekuensi alaminya bertepatan dengan frekuensi osilasi elektromagnetik gelombang radio, memungkinkan kita menerima siaran televisi dan radio menggunakan receiver kita. Ini hampir satu-satunya metode yang memungkinkan Anda memisahkan sinyal dari satu stasiun radio (yang diinginkan) dari sinyal semua stasiun lain (yang mengganggu). Resonansi, ketika frekuensi osilasi elektromagnetik bertepatan dengan frekuensi alami atom, dapat menjelaskan penyerapan cahaya oleh suatu zat. Dan penyerapan inilah yang mendasari penyerapan panas Matahari, dasar penglihatan kita, bahkan dasar pengoperasian oven microwave.

Namun, dalam kata "resonansi", dari bahasa Latin resono - saya menjawab, terdapat kunci untuk membangun kesamaan antara proses yang sangat berbeda, ketika sesuatu yang mampu berosilasi merespons pengaruh eksternal periodik dengan meningkatkan amplitudo osilasinya sendiri. Dengan kata lain, ketika alasan kecil bisa menimbulkan akibat yang besar.

Setelah mengidentifikasi fitur ini, Anda dapat dengan mudah melanjutkan daftar contoh dan, seperti yang sering terjadi, Anda akan menemukan manifestasi resonansi yang berguna dan berbahaya. Universalitas dalam deskripsi proses osilasi, termasuk resonansi, telah menjadi bintang penuntun bagi para ilmuwan dalam menjelajahi area yang belum pernah dijelajahi sebelumnya, misalnya dunia mikrofenomena. Dan hal ini menyebabkan terciptanya hal tersebut metode yang ampuh studi tentang struktur materi, seperti resonansi paramagnetik elektron dan resonansi magnetik nuklir. Bahkan di teater kuno, bejana tanah liat atau perunggu besar (prototipe resonator Helmholtz), yang berupa rongga berbentuk bola atau botol dengan leher panjang yang sempit, digunakan untuk memperkuat suara aktor.

Sejak zaman kuno, pendering lonceng secara tidak sadar menggunakan fenomena resonansi, mengayunkan lonceng yang berat dengan guncangan yang tidak signifikan namun berirama. Dan di Katedral Köln pada suatu waktu ada sebuah lonceng yang digantung, berayun sefase dengan lidahnya, yang tidak memungkinkan keluarnya suara apa pun darinya. Pada awal 30-an abad ke-20, hampir semua penerbang menemuinya fenomena misterius, disebut flutter, ketika pesawat dalam penerbangan horizontal yang tenang tiba-tiba mulai bergetar dengan kekuatan sedemikian rupa hingga jatuh berantakan di udara. Ternyata, flutter disebabkan oleh alasan yang serupa dengan alasan perubahan tersebut, dan peningkatan frekuensi yang terkait dengan peningkatan kecepatan menyebabkan peningkatan nada.

Isolasi kabel diuji di laboratorium menggunakan tegangan searah, terkadang putus saat bekerja dengan arus bolak-balik. Ternyata hal ini terjadi bila periode denyut arus bertepatan dengan periode alam getaran listrik kabel, yang menyebabkan peningkatan tegangan berkali-kali lipat lebih tinggi dari tegangan rusaknya. Bahkan siklotron raksasa modern - akselerator partikel bermuatan - menggunakan prinsip sederhana, yaitu memastikan resonansi antara pergerakan partikel sepanjang lintasan spiral dan medan listrik bolak-balik yang secara berkala “memacu” partikel tersebut.

Bab 2. Pemanfaatan getaran dalam teknologi

Osilasi adalah salah satu proses paling umum di alam dan teknologi. Getaran dapat bersifat mekanis, elektromagnetik, kimia, termodinamika dan berbagai lainnya. Meskipun terdapat keragaman, semuanya memiliki banyak kesamaan dan oleh karena itu digambarkan dengan persamaan diferensial yang sama.

Cabang khusus fisika - teori osilasi - berkaitan dengan studi tentang hukum fenomena ini. Pembuat kapal dan pesawat terbang, spesialis industri dan transportasi, serta pencipta teknik radio dan peralatan akustik perlu mengetahuinya. Ilmuwan pertama yang mempelajari osilasi adalah Galileo Galilei (1564...1642) dan Christian Huygens (1629...1692). Galileo menetapkan isokronisme (kemerdekaan periode dari amplitudo) getaran kecil dengan mengamati ayunan lampu gantung di katedral dan mengukur waktu dengan denyut nadi di tangannya. Huygens menemukan jam pendulum pertama (1657) dan dalam monografnya “Jam Pendulum” edisi kedua (1673) ia menyelidiki sejumlah masalah yang terkait dengan pergerakan pendulum, khususnya, ia menemukan pusat ayunan benda fisik. bandul.

Banyak ilmuwan memberikan kontribusi besar dalam studi osilasi: Inggris - W. Thomson (Lord Kelvin) dan J. Rayleigh<#"justify">2.1 Getaran bebas

Di antara semua hal yang terjadi di sekitar kita gerakan mekanis Gerakan berulang sering terjadi. Setiap rotasi beraturan adalah gerakan berulang: dengan setiap putaran, setiap titik pada benda yang berputar beraturan melewati posisi yang sama seperti pada putaran sebelumnya, dalam urutan yang sama dan dengan kecepatan yang sama.

Pada kenyataannya, pengulangan tidak selalu dan tidak dalam semua kondisi sama persis. Dalam beberapa kasus, masing-masing siklus baru mengulangi siklus sebelumnya dengan sangat akurat, dalam kasus lain perbedaan antara siklus yang berurutan dapat terlihat. Penyimpangan dari pengulangan yang benar-benar tepat seringkali sangat kecil sehingga dapat diabaikan dan gerakan tersebut dapat dianggap diulang dengan cukup akurat, yaitu. anggap saja berkala.

Gerak periodik adalah gerak berulang yang setiap siklusnya mereproduksi persis setiap siklus lainnya.

Durasi satu siklus disebut periode. Jelasnya, periode rotasi seragam sama dengan durasi satu putaran.

Di alam, dan khususnya di bidang teknologi, sistem osilasi memainkan peran yang sangat penting, yaitu. badan dan perangkat yang mampu bekerja gerakan periodik. “Sendiri” berarti tanpa dipaksa oleh kekuatan eksternal yang bersifat periodik. Oleh karena itu, osilasi seperti itu disebut getaran bebas berbeda dengan yang dipaksakan, terjadi di bawah pengaruh kekuatan eksternal yang berubah secara berkala.

Semua sistem osilasi memiliki sejumlah sifat umum:

Setiap sistem osilasi memiliki keadaan keseimbangan yang stabil.

Jika sistem osilasi dikeluarkan dari keadaan setimbang stabil, maka timbul gaya yang mengembalikan sistem ke posisi stabil.

Setelah kembali ke keadaan stabil, benda yang berosilasi tidak dapat langsung berhenti.

Lebih dari 20 tahun yang lalu, getaran mulai digunakan dalam produksi campuran beton. Hal ini memungkinkan pekerjaan pelapisan menjadi lebih mudah, meningkatkan produktivitas tenaga kerja, mengurangi biaya beton dan meningkatkan kualitasnya.

Beton adalah salah satu bahan bangunan yang paling umum. Merupakan batu buatan yang terbuat dari campuran batu pecah (batu kecil), pasir, semen dan air, dengan semen berfungsi sebagai bahan pengikat (lem). Beton digunakan di hampir semua jenis konstruksi - industri, sipil, hidrolik, jalan, jembatan, khusus. Banyak bangunan yang seluruhnya dibangun dari beton atau beton bertulang, misalnya bendungan, kunci, jembatan, jalan, landasan pesawat terbang, tanggul, elevator, bangunan industri dan sipil, dll.

Untuk kemudahan pemasangan, campuran beton harus cukup mobile. Sebaliknya, untuk memperoleh beton yang paling padat dan tahan lama diperlukan penggunaan campuran yang kaku (dengan kadar air yang rendah). Masalah teknis yang penting ini diselesaikan melalui penggunaan vibrator. Vibrator adalah suatu mekanisme yang sering melakukan getaran yang diteruskan ke partikel-partikel campuran beton, dan di bawah pengaruhnya partikel-partikel tersebut bergetar sehingga pusat getaran terus menerus bergeser ke arah pemadatan yang lebih besar. Campuran beton yang bergerak mengalir ke sudut-sudut cetakan dan mengisinya dengan baik.

Di negara kita, teknik hidrolik memainkan peran utama dalam penggunaan getaran massa beton. Di lokasi konstruksi teknik hidrolik terbesar - Volgostroy (1936-1940) seluruh volume beton (lebih dari 2 juta) meter kubik) diletakkan menggunakan getaran.

Saat ini peletakan beton dengan cara getar sudah tersebar luas dan sangat banyak cara yang efektif meningkatkan kualitas bahan. Keunggulan utama beton getar adalah kemampuannya dalam memadatkan campuran beton dengan baik dengan kadar air yang lebih sedikit. Karena kepadatan tinggi beton bergetar, yang terakhir lebih tahan terhadap pengaruh kotoran berbahaya di atmosfer dan air dibandingkan beton buatan tangan.

Penyerapan air pada beton getar hanya 3% berbanding 7% pada beton tumbuk dengan komposisi yang sama. Ketahanan air meningkat secara signifikan, yang sangat penting ketika membangun waduk, pipa, dll. Beton getar lebih tahan aus dibandingkan beton yang dipasang dengan tangan. Hal ini dijelaskan oleh kepadatannya yang lebih besar. Daya rekat pada tulangan pada beton getar 60-80% lebih baik dibandingkan dengan peletakan manual.

Kekuatan tekan pada konsumsi semen yang sama 100% lebih tinggi. Kekuatan impak beton getar 1,5-1,9 kali lebih besar dibandingkan kekuatan beton yang dipadatkan.

Penyusutan beton getar jauh lebih sedikit dan dapat mencapai 50% dari penyusutan beton buatan tangan. Hal ini mengurangi risiko retak. Penghematan semen ketika beralih ke peletakan campuran beton dengan vibrator diperkirakan berkisar antara 10 hingga 25%, yang merupakan nilai ekonomi yang sangat besar.

2.2 Penggunaan getaran dalam pengecoran

Untuk mendapatkan besi cor berkualitas tinggi, terkadang disarankan untuk menggetarkan besi cor cair untuk menghilangkan gas dan terak berbahaya. Sebuah sendok dengan besi cor cair ditempatkan pada platform getar khusus, diatur ke dalam gerakan osilasi menggunakan vibrator.

Getaran sendok, dan oleh karena itu besi tuang cair yang terkandung di dalamnya, mendorong pelepasan gas yang ada dalam besi tuang, serta mengambangnya zat yang lebih ringan, yaitu inklusi terak, yang kemudian dapat dihilangkan dari permukaan. sendok. Bagian cor dari besi tuang yang dimurnikan dengan cara ini memiliki kualitas yang lebih tinggi, baik dalam hal berkurangnya pelemahan oleh gelembung maupun dalam hal mengurangi inklusi terak, yang menurunkan kualitas besi tuang.

.3 Menggunakan getaran untuk menyortir material curah

Di sejumlah cabang teknologi, mesin dan perangkat sortir yang didasarkan pada penggunaan gerakan osilasi banyak digunakan. Ini adalah mesin perontok, penampi dan mesin pertanian lainnya yang digunakan untuk menyortir biji-bijian. Saringan mesin penampi dan perontok, tempat jatuhnya butiran yang akan disortir, melakukan getaran paksa lateral atau memanjang, memastikan gerakan bolak-balik butiran di sepanjang permukaan kerja saringan dan, sebagai hasilnya, menyortir butiran. Getaran ini biasanya disebabkan oleh kerja mekanisme engkol.

Penggunaan proses osilasi serupa biasa terjadi pada industri batubara di pabrik pengolahan, yang menggunakan mesin penyaringan khusus, yang tujuan utamanya adalah dewatering. batubara keras, dalam penyaringan persiapan, mis. dalam memisahkan batubara ke dalam kelas-kelas sebelum diolah, dalam menyortir untuk mendapatkan nilai komersial, dll. Mekanisme serupa bahkan dapat digunakan dalam dongeng, misalnya: “Cinderella,” ketika ibu tirinya memaksanya memilah kacang polong dan millet. Di sinilah mekanisme seperti itu bisa membantu

Bab 3. Dampak berbahaya dari getaran

.1 Pitch dan stabilisator kapal

Seringkali, kapal terjebak dalam badai, menyebabkan seluruh kapal terguncang. Goyangan ombak ini seringkali berubah menjadi bencana kehancuran seluruh kapal, yang terkadang disertai dengan korban jiwa.

Untuk mengurangi gerak lateral kapal, digunakan peredam getaran khusus. Salah satu penyerap tersebut adalah tangki Fram, yang menyerupai kapal yang berkomunikasi. Fram Absorber terletak di dalam kapal dan terdiri dari dua tangki yang setengah diisi air dan dihubungkan satu sama lain melalui pipa air di bagian bawah dan pipa udara dengan katup di bagian atas. Saat kapal menggelinding ke samping, massa air di dalam stabilizer juga akan terombang-ambing. Dalam sistem osilasi ini, secara harfiah tidak ada “pegas”, tetapi peran gaya pemulih dimainkan oleh gravitasi, yang selalu berusaha mengembalikan permukaan air ke posisi setimbang.

.2 Fluktuasi kru

Misalkan roda depan suatu gerbong (mobil, gerbong, dan lain-lain) menemui hambatan di jalan berupa gundukan; kompresi pegas akan terjadi, yang kemudian akan menyebabkan kereta berosilasi. Selanjutnya, ketika roda belakang mencapai rintangan yang sama, dorongan tambahan akan diberikan pada gerbong yang berosilasi, yang akan menimbulkan osilasi baru. Yang terakhir ini akan ditumpangkan pada osilasi pertama dan gerakan osilasi yang dihasilkan gerbong akan bergantung pada interval waktu antara guncangan atau kecepatan gerbong dan panjang rintangan di jalan. Pada kecepatan tertentu, kru dapat menciptakan kondisi yang tidak menguntungkan yang berkontribusi terhadap terjadinya resonansi. Tapi peredam kejut digunakan untuk melunakkannya.

.3 Anti-resonansi

Anti-resonansi juga banyak digunakan. Misalnya, apa yang disebut kapasitor bongkar dipasang di jaringan listrik, yang menghilangkan arus reaktif. Mereka muncul selama resonansi spontan, ketika energi medan magnet mulai berosilasi antara pembangkit listrik dan konsumen. Untuk menghilangkan arus ini, kapasitor dihubungkan secara seri dalam rangkaian - energi mulai berosilasi antara kapasitor dan stasiun, akibatnya, kehilangan daya menjadi berkali-kali lebih kecil. Hal serupa dilakukan di tanur sembur dan struktur lain yang dapat menimbulkan arus reaktif kerugian besar. Mereka melakukan ini semata-mata karena alasan ekonomi, bukan hal baru efek fisik dalam antiresonansi no.

Kesimpulan

Osilasi adalah gerakan berulang yang setiap siklusnya persis mereproduksi setiap siklus lainnya. Durasi satu siklus disebut periode.

Frekuensi adalah jumlah siklus yang dilakukan oleh suatu benda yang berosilasi per satuan waktu. Setiap sistem osilasi memiliki keadaan keseimbangan yang stabil. Jika sistem osilasi dikeluarkan dari keadaan setimbang stabil, maka timbul gaya yang mengembalikan sistem ke posisi stabil. Setelah kembali ke keadaan stabil, benda yang berosilasi tidak dapat langsung berhenti.

Osilasi bebas adalah osilasi suatu benda yang tidak dikenai gaya yang berubah secara periodik, begitu pula sebaliknya, jika suatu gaya yang berubah secara berkala bekerja pada benda yang berosilasi, maka osilasi tersebut termasuk osilasi paksa. Jika frekuensi gaya penggerak bertepatan dengan frekuensi alami sistem osilasi, maka terjadi resonansi.

Resonansi adalah fenomena peningkatan tajam amplitudo osilasi paksa ketika frekuensi gaya penggerak dan frekuensi alami sistem osilasi sama. Osilasi yang dihasilkan oleh proyeksi titik ini ke suatu garis lurus ketika suatu titik bergerak beraturan dalam lingkaran disebut osilasi harmonik (atau sederhana). Jika yang sedang kita bicarakan tentang getaran mekanis, mis. tentang gerak osilasi suatu medium padat, cair atau gas, maka rambat osilasi berarti perpindahan osilasi dari satu partikel medium ke partikel medium lainnya. Transmisi getaran disebabkan oleh fakta bahwa area medium yang berdekatan saling terhubung satu sama lain.

Getaran mekanis yang tidak terdengar dengan frekuensi di bawah rentang bunyi disebut infrasonik, dan dengan frekuensi di atas rentang bunyi disebut ultrasonik.

Fluktuasi memainkan peran besar dalam kehidupan kita. Seperti yang saya katakan Fisikawan Amerika Richard Feynman “Di alam, sering kali sesuatu “bergetar” dan resonansi juga sering terjadi.”

Tujuan saya adalah mempelajari sebanyak mungkin tentang fenomena resonansi, akibat yang ditimbulkan oleh resonansi, dan di mana fenomena yang tidak biasa ini digunakan.

Saya mempelajari apa itu fenomena resonansi, di mana hal itu terjadi dalam kehidupan, kapan hal itu dapat berguna dan berbahaya, bagaimana Anda dapat menghilangkan manifestasi resonansi yang berbahaya - Anda dapat membuat struktur yang tidak runtuh ketika frekuensi gaya penggerak meningkat. bertepatan dengan frekuensi alami sistem osilasi.

Bagaimana getaran yang sangat lemah dapat diperkuat? Fenomena resonansi banyak digunakan dalam ilmu-ilmu seperti biologi, seismologi, astronomi, fisika, dll. Tanpa fenomena resonansi, mustahil memainkan piano, biola, gitar dan alat musik lainnya yang sudah memasuki kehidupan kita. Penting untuk mempelajari getaran karena getaran adalah bagian dari kehidupan kita dan kita dapat menemukannya di setiap langkah.

1. Detlaf A.A., Yavorsky B.M. Kursus fisika: panduan pelatihan untuk perguruan tinggi dan universitas. - edisi ke-4, putaran. - M.: Lebih tinggi. sekolah, 2012. - 718 hal.

Sommerfeld A., Mekanika. ―Izhevsk: Pusat Penelitian “Dinamika Reguler dan Chaotic”, 2001. ―368Dengan.

Kingsep A.S., Lokshin G.R., Olkhov O.A. Dasar-dasar Fisika. Dengan baik fisika umum: Buku teks. Dalam 2 jilid T. 1. Mekanika, Listrik dan Magnet, Osilasi dan Gelombang, Optik Gelombang - M.: FIZIATLIT, 2001. ―560 hal.

Bengkel laboratorium dalam fisika. Bagian 2. Osilasi dan gelombang. Optik gelombang. Fisika molekuler, fisika benda padat, fisika nuklir. TUIT, 2003-hal.126

Matveev A.N., Mekanika dan teori relativitas: Buku Teks. untuk mahasiswa / A.N. Matveev. -edisi ke-3. - M.: LLC “Rumah penerbitan “ONICS abad ke-21”: 000 “Rumah penerbitan “Perdamaian dan Pendidikan”, 2003. - 432 hal.

Savelyev, I.V. Mata kuliah Fisika: dalam 3 jilid: T.2: Listrik. Osilasi dan gelombang. Optik gelombang / I.V. Savelyev.-edisi ke-4. dihapus - Sankt Peterburg; M.Krasnodar: Lan.-2008.- 480 hal.

Sivukhin D.V. Kursus umum fisika: buku teks untuk universitas. Dalam 5 volume. Termodinamika Volume II dan fisika molekuler. - Edisi ke-3, terhapus. - M.FIZMATLIT, 2010 .-- 576 hal.

Trofimova T.I. Kursus fisika: buku teks. panduan untuk universitas. - Ed. 9, direvisi dan tambahan - M.: Pusat Penerbitan "Akademi", 2011. - 560 hal.

Pengertian konsep resonansi (respon) dalam fisika dipercayakan kepada teknisi khusus yang memiliki grafik statistik yang sering menjumpai fenomena tersebut. Saat ini, resonansi adalah respons selektif frekuensi, di mana sistem getaran atau peningkatan gaya eksternal secara tiba-tiba menyebabkan sistem lain berosilasi dengan amplitudo lebih besar pada frekuensi tertentu.

Prinsip operasi

Fenomena ini diamati ketika suatu sistem mampu menyimpan dan dengan mudah mentransfer energi antara dua atau lebih mode yang berbeda penyimpanan, seperti kinetik dan energi potensial. Namun, ada beberapa kerugian dari siklus ke siklus, yang disebut atenuasi. Ketika redaman diabaikan, frekuensi resonansi kira-kira sama dengan frekuensi alami sistem, yaitu frekuensi osilasi paksa.

Fenomena ini terjadi pada semua jenis osilasi atau gelombang: mekanik, akustik, elektromagnetik, magnetik nuklir (NMR), spin elektron (ESR) dan resonansi kuantum. fungsi gelombang. Sistem seperti itu dapat digunakan untuk menghasilkan getaran dengan frekuensi tertentu (misalnya alat musik).

Istilah "resonansi" (dari bahasa Latin resonantia, "echo") berasal dari bidang akustik, terutama terlihat pada alat musik, seperti ketika senar mulai bergetar dan menghasilkan suara tanpa masukan langsung dari pemainnya.

Mendorong seorang pria di ayunan adalah contoh umum dari fenomena ini. Ayunan yang dibebani, pendulum, memiliki frekuensi getaran alami dan frekuensi resonansi yang tahan terhadap dorongan lebih cepat atau lebih lambat.

Contohnya adalah osilasi proyektil di lapangan yang berfungsi seperti pendulum. Dorongan seseorang saat mengayun pada interval ayunan alami menyebabkan ayunan semakin tinggi (amplitudo maksimum), sedangkan mencoba mengayun dengan kecepatan lebih cepat atau lebih lambat akan menghasilkan busur yang lebih kecil. Hal ini karena energi yang diserap oleh getaran meningkat ketika guncangan tersebut sesuai dengan getaran alami.

Responsnya terjadi secara luas di alam dan digunakan di banyak perangkat buatan. Ini adalah mekanisme dimana hampir semua gelombang sinus dan getaran dihasilkan. Banyak suara yang kita dengar, seperti ketika benda keras yang terbuat dari logam, kaca, atau kayu terbentur, disebabkan oleh getaran singkat pada benda tersebut. Cahaya dan radiasi elektromagnetik gelombang pendek lainnya diciptakan oleh resonansi pada skala atom, seperti elektron dalam atom. Kondisi lain di mana sifat menguntungkan dari fenomena ini mungkin berlaku:

Mekanisme penunjuk waktu pada jam tangan modern, roda keseimbangan pada jam tangan mekanis, dan kristal kuarsa pada jam tangan.
Respon pasang surut di Teluk Fundy.
Resonansi akustik alat musik dan saluran vokal manusia.
Penghancuran kaca kristal di bawah pengaruh nada musik yang tepat.
Idiofon gesekan, seperti membuat benda kaca (gelas, botol, vas), bergetar bila pinggirannya digosok dengan ujung jari.
Respon listrik dari sirkuit yang disetel di radio dan televisi yang memungkinkan penerimaan frekuensi radio secara selektif.
Penciptaan cahaya koheren dengan resonansi optik dalam rongga laser.
Respon orbital, dicontohkan oleh beberapa bulan gas raksasa di Tata Surya.

Resonansi material pada skala atom merupakan dasar dari beberapa metode spektroskopi yang digunakan dalam fisika benda terkondensasi, misalnya:

Putaran elektronik.
Efek Mossbauer.
Magnetik nuklir.

Jenis fenomena

Dalam mendeskripsikan resonansi, G. Galileo memperhatikan hal yang paling esensial - kemampuan sistem osilasi mekanis (pendulum berat) untuk mengakumulasi energi, yang disuplai dari sumber eksternal dengan frekuensi tertentu. Manifestasi resonansi memiliki ciri-ciri tertentu berbagai sistem dan oleh karena itu ada berbagai jenisnya.

Mekanik dan akustik

Ini adalah kecenderungan sistem mekanis untuk menyerap lebih banyak energi ketika frekuensi getarannya sesuai dengan frekuensi getaran alami sistem. Hal ini dapat menyebabkan fluktuasi gerakan yang parah dan bahkan kegagalan besar pada struktur yang belum selesai, termasuk jembatan, gedung, kereta api, dan pesawat terbang. Saat merancang fasilitas, insinyur harus memastikan bahwa frekuensi resonansi mekanis dari komponen tidak sesuai dengan frekuensi osilasi motor atau komponen osilasi lainnya untuk menghindari fenomena yang dikenal sebagai bencana resonansi.

Resonansi listrik

Terjadi pada suatu rangkaian listrik pada frekuensi resonansi tertentu apabila impedansi rangkaian minimum pada rangkaian seri atau maksimum pada rangkaian paralel. Resonansi di sirkuit digunakan untuk mengirim dan menerima komunikasi nirkabel seperti televisi, seluler, atau radio.

Resonansi optik

Rongga optik, disebut juga rongga optik, adalah susunan cermin khusus yang terbentuk resonator gelombang berdiri untuk gelombang cahaya. Rongga optik adalah komponen utama laser, mengelilingi media amplifikasi dan memberikan umpan balik terhadap radiasi laser. Mereka juga digunakan dalam osilator parametrik optik dan beberapa interferometer.

Cahaya yang terkurung di dalam rongga menghasilkan gelombang berdiri berulang kali untuk frekuensi resonansi tertentu. Pola gelombang berdiri yang dihasilkan disebut “mode”. Mode longitudinal hanya berbeda dalam frekuensi, sedangkan mode transversal berbeda untuk frekuensi berbeda dan memiliki pola intensitas berbeda di seluruh penampang balok. Resonator cincin dan galeri berbisik merupakan contoh resonator optik yang tidak menghasilkan gelombang berdiri.

Goyangan orbital

Dalam mekanika ruang angkasa, respons orbital muncul, ketika dua benda orbital mempunyai orbital yang teratur dan periodik pengaruh gravitasi satu sama lain. Hal ini biasanya karena periode orbitnya dihubungkan oleh perbandingan dua bilangan bulat kecil. Resonansi orbital secara signifikan meningkatkan pengaruh gravitasi timbal balik benda. Dalam kebanyakan kasus, hal ini menghasilkan interaksi yang tidak stabil di mana benda-benda bertukar momentum dan perpindahan hingga resonansi tidak ada lagi.

Dalam keadaan tertentu, sistem resonansi dapat menjadi stabil dan dapat mengoreksi dirinya sendiri untuk menjaga benda tetap beresonansi. Contohnya adalah resonansi 1:2:4 bulan Jupiter Ganymede, Europa dan Io dan resonansi 2:3 antara Pluto dan Neptunus. Resonansi tidak stabil dengan bulan bagian dalam Saturnus disebabkan oleh adanya celah pada cincin Saturnus. Kasus khusus Resonansi 1:1 (antara benda-benda yang memiliki jari-jari orbit serupa) menyebabkan benda-benda besar di Tata Surya membersihkan lingkungan di sekitar orbitnya, sehingga mendorong hampir semua benda lain di sekitarnya.

Atom, parsial dan molekuler

Resonansi magnetik nuklir (NMR) adalah nama yang ditentukan oleh fisik fenomena resonansi, terkait dengan pengamatan sifat magnetik mekanik kuantum tertentu dari inti atom jika terdapat medan magnet luar. Banyak metode ilmiah menggunakan fenomena NMR untuk dipelajari fisika molekuler, kristal dan bahan non-kristal. NMR juga umum digunakan di zaman modern metode medis pencitraan seperti magnetic resonance imaging (MRI).

Manfaat dan bahaya resonansi

Untuk menarik kesimpulan tentang pro dan kontra resonansi, perlu untuk mempertimbangkan dalam kasus mana resonansi dapat memanifestasikan dirinya paling aktif dan nyata dalam aktivitas manusia.

Efek positif

Fenomena respon banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Misalnya, pengoperasian banyak sirkuit dan perangkat radio didasarkan pada fenomena ini.

Dampak negatif

Namun fenomena tersebut tidak selalu bermanfaat. Anda sering dapat menemukan referensi tentang kasus di mana jembatan gantung pecah ketika tentara berjalan di sepanjang mereka "selangkah". Pada saat yang sama, mereka merujuk pada manifestasi efek resonansi resonansi, dan perjuangan melawannya menjadi berskala besar.

Melawan resonansi

Namun terlepas dari konsekuensi efek respons yang terkadang membawa bencana, sangat mungkin dan perlu untuk melawannya. Untuk menghindari terjadinya fenomena yang tidak diinginkan, biasanya digunakan dua cara untuk menerapkan resonansi dan melawannya secara bersamaan:

“Disosiasi” frekuensi dilakukan, yang jika bertepatan, akan menimbulkan konsekuensi yang tidak diinginkan. Untuk melakukan ini, mereka meningkatkan gesekan berbagai mekanisme atau mengubah frekuensi alami getaran sistem.
Mereka meningkatkan redaman getaran, misalnya dengan menempatkan mesin pada lapisan karet atau pegas.

Bagaimana prinsip resonansi mempengaruhi gelombang suara dan cahaya? Berapakah frekuensi getaran dan resonansi suatu benda? Yang contoh sehari-hari resonansi dapat ditemukan dalam kehidupan? Bagaimana cara memecahkan gelas menggunakan suaramu? Jika Anda perhatikan lebih dekat, Anda dapat melihat contoh resonansi di mana-mana. Namun beberapa di antaranya bermanfaat, sementara yang lain merugikan.

Apa itu resonansi?

Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana orang menciptakan musik yang indah dengan menggunakan kacamata biasa? Semakin sering kaca terkena gelombang suara, kaca tersebut bahkan bisa pecah. Gelombang cahaya juga berinteraksi secara khusus dengan benda-benda di sekitarnya. Perilaku gelombang suara dan cahaya menjelaskan mengapa orang mendengar suara alat musik dan membedakan warna. Perubahan amplitudo gelombang disebabkan oleh prinsip penting yang disebut resonansi. Contoh pengaruh terhadap transmisi suara dan cahaya adalah getaran.

Gelombang bunyi berasal dari getaran mekanis pada benda padat, cair, dan gas. Gelombang cahaya berasal dari getaran partikel bermuatan. Benda, partikel bermuatan, dan sistem mekanis biasanya mempunyai frekuensi tertentu yang cenderung bergetar. Ini disebut frekuensi resonansi atau frekuensi alaminya. Beberapa benda mempunyai dua atau lebih frekuensi resonansi. Contoh resonansi: ketika Anda berkendara di jalan bergelombang dan mobil Anda mulai melompat-lompat, ini adalah contoh mobil Anda berosilasi pada frekuensi resonansinya, atau lebih tepatnya frekuensi resonansi peredam kejut. Anda mungkin memperhatikan bahwa saat Anda naik bus, frekuensi pantulan sedikit lebih lambat. Hal ini dikarenakan peredam kejut ban memiliki frekuensi resonansi yang lebih rendah.

Ketika gelombang suara atau cahaya mengenai suatu benda, benda tersebut sudah bergetar dengan frekuensi tertentu. Jika frekuensi ini sesuai dengan frekuensi resonansi benda, maka hal ini akan menyebabkan terjadinya resonansi. Ini terjadi ketika amplitudo getaran suatu benda meningkat karena getaran yang sesuai dari benda lain. Hubungan ini sulit dibayangkan tanpa contoh.

Resonansi dan gelombang cahaya

Ambil contoh gelombang cahaya yang khas (ini adalah aliran cahaya putih yang berasal dari matahari) dan arahkan ke objek gelap, biarlah ular hitam. Molekul di kulit reptil memiliki serangkaian frekuensi resonansi. Artinya, elektron dalam atom cenderung bergetar pada frekuensi tertentu. Cahaya turun dari matahari - cahaya putih, yang memiliki frekuensi multi-komponen.

Ini termasuk merah dan hijau, biru dan kuning, oranye dan ungu. Masing-masing frekuensi ini mempengaruhi kulit ular. Dan setiap frekuensi menyebabkan elektron bergetar berbeda. Frekuensi kuning beresonansi dengan elektron yang frekuensi resonansinya berwarna kuning. Frekuensi biru beresonansi dengan elektron yang frekuensi resonansinya berwarna biru. Dengan demikian, kulit ular secara keseluruhan beresonansi sinar matahari. Ular itu tampak hitam karena kulitnya menyerap semua frekuensi sinar matahari.

Ketika gelombang cahaya beresonansi dengan suatu benda, gelombang tersebut menyebabkan elektron bergetar dengan amplitudo yang besar. Energi cahaya diserap oleh suatu benda, dan mata manusia tidak menyadari bahwa cahaya itu kembali lagi. Objek tampak hitam. Apa yang harus dilakukan jika benda tersebut tidak terserap sinar matahari? Bagaimana jika tidak ada elektronnya yang beresonansi dengan frekuensi cahaya? Jika resonansi tidak terjadi, maka akan terjadi transmisi, yaitu transmisi gelombang cahaya melalui benda. Kaca tampak transparan karena tidak menyerap sinar matahari.

Cahaya masih menyebabkan elektron bergetar. Namun karena tidak sesuai dengan frekuensi resonansi elektron, getarannya sangat kecil dan merambat dari atom ke atom ke seluruh benda. Suatu benda tanpa resonansi akan mempunyai serapan nol dan transmisi 100%, seperti kaca atau air.

Resonansi musik dan gelombang suara

Resonansi bekerja dengan cara yang sama untuk suara seperti halnya cahaya. Ketika suatu benda bergetar dengan frekuensi benda kedua, maka benda pertama menyebabkan benda kedua bergetar dengan amplitudo yang tinggi. Ini adalah bagaimana resonansi akustik terjadi. Contohnya adalah memainkan alat musik apa saja. Resonansi akustik bertanggung jawab atas musik yang dihasilkan oleh terompet, seruling, trombon, dan banyak instrumen lainnya. Bagaimana fenomena menakjubkan ini terjadi? Anda dapat memberikan contoh resonansi yang mempunyai efek positif.

Berjalan ke dalam katedral, tempat musik organ diputar, Anda akan melihat bahwa seluruh dinding dipenuhi dengan pipa-pipa besar dengan berbagai ukuran. Beberapa di antaranya sangat pendek, sementara yang lain mencapai langit-langit. Untuk apa semua pipa itu? Saat musik indah mulai diputar, Anda dapat memahami bahwa suara tersebut berasal dari terompet, sangat keras dan seolah memenuhi seluruh katedral. Bagaimana terompet seperti itu bisa berbunyi begitu keras? Resonansi akustik patut disalahkan, dan ini bukan satu-satunya instrumen yang memanfaatkan fenomena menakjubkan ini.

Menciptakan gelombang suara

Untuk memahami apa yang terjadi, pertama-tama Anda perlu mengetahui sedikit tentang bagaimana suara merambat melalui udara. Gelombang suara tercipta ketika sesuatu menyebabkan molekul udara bergetar. Getaran ini kemudian bergerak seperti gelombang ke segala arah. Ketika gelombang merambat melalui udara, ada daerah di mana molekul-molekulnya terjepit lebih rapat dan ada daerah di mana molekul-molekulnya ditarik lebih jauh. Jarak antara kompresi atau ekspansi berturut-turut dikenal sebagai panjang gelombang. Frekuensi diukur dalam satuan Hertz (Hz), dan satu Hertz sama dengan satu laju kompresi gelombang per detik.

Orang bisa mendeteksi gelombang suara dengan frekuensi dari 20 hingga 20.000 Hz! Namun, tidak semuanya terdengar sama. Beberapa suara bernada tinggi dan serak, sementara yang lain bernada rendah dan dalam. Apa yang sebenarnya Anda dengar adalah perbedaan frekuensi. Jadi bagaimana frekuensi berhubungan dengan panjang gelombang? Kecepatan suara sedikit bervariasi tergantung pada suhu udara, namun biasanya sekitar 343 m/s. Karena semua gelombang suara merambat dengan kecepatan yang sama, frekuensinya akan berkurang seiring bertambahnya panjang gelombang dan meningkat seiring berkurangnya panjang gelombang.

Resonansi berbahaya: contoh

Seringkali orang menganggap remeh konstruksi dan keselamatan jembatan. Namun, terkadang terjadi bencana yang memaksa Anda mengubah sudut pandang. Pada tanggal 1 Juli 1940, Jembatan Tacoma Narrows dibuka di Washington. Itu tadi jembatan gantung, yang terbesar ketiga di dunia pada masanya. Selama konstruksi, jembatan ini dijuluki "Gartie's Galloping" karena bergoyang dan tertekuk oleh angin. Osilasi seperti gelombang ini akhirnya menyebabkan kejatuhannya. Jembatan itu runtuh pada tanggal 7 November 1940, saat terjadi badai, setelah hanya empat bulan beroperasi. Sebelum mempelajari tentang frekuensi resonansi dan kaitannya dengan bencana Jembatan Tacoma Narrows, Anda perlu memahami terlebih dahulu apa yang disebut gerak harmonik.

Jika suatu benda berosilasi bolak-balik secara berkala, kita menyebutnya mengalami gerak harmonik. Satu contoh sempurna Perwujudan resonansi yang mengalami gerak harmonik adalah pegas yang digantung bebas dengan massa yang menempel padanya. Massa tersebut menyebabkan pegas meregang ke bawah hingga akhirnya pegas berkontraksi kembali hingga kembali ke bentuk semula. Proses ini terus berulang dan kita katakan bahwa pegas berada dalam gerak harmonis. Jika Anda menonton video Jembatan Tacoma Narrows, Anda akan melihat jembatan itu goyah sebelum runtuh. Ia mengalami gerak harmonis, seperti pegas yang diberi massa padanya.

Resonansi dan ayunan

Jika Anda mendorong ayunan teman Anda satu kali, ayunan itu akan berosilasi beberapa kali dan berhenti setelah beberapa saat. Frekuensi getaran yang berosilasi secara spontan ini disebut frekuensi alami. Jika kamu memberikan dorongan setiap kali temanmu kembali menghampirimu, dia akan mengayun semakin tinggi. Anda menekan pada frekuensi yang mirip dengan frekuensi alami, dan amplitudo osilasi meningkat. Perilaku ini disebut resonansi.

Ini tentunya merupakan salah satu contoh resonansi yang bermanfaat. Antara lain memanaskan makanan di dalam oven microwave, antena pada penerima radio yang menerima sinyal radio, memainkan seruling.

Faktanya, banyak juga contoh buruknya. Kaca pecah dengan suara bernada tinggi, jembatan pecah angin sepoi-sepoi, runtuhnya bangunan saat gempa bumi - semua ini adalah contoh resonansi dalam kehidupan, yang tidak hanya berbahaya, tetapi juga berbahaya, tergantung pada kekuatan dampaknya.

Kekuatan destruktif dari suara

Banyak orang mungkin pernah mendengar bahwa gelas wine bisa pecah dengan suara penyanyi opera. Jika Anda memukul gelas dengan sendok dengan ringan, gelas akan “berdering” seperti bel pada frekuensi resonansinya. Jika tekanan suara diterapkan pada kaca pada frekuensi tertentu, kaca akan mulai bergetar. Saat stimulus berlanjut, getaran menumpuk di kaca hingga pecah ketika batas mekanis terlampaui.

Contoh resonansi yang menguntungkan dan merugikan ada dimana-mana. Gelombang mikro ada di sekitar kita, mulai dari oven microwave, yang memanaskan makanan tanpa menggunakan panas luar, hingga getaran di dalam ruangan. kerak bumi menyebabkan gempa bumi yang merusak.