Звучат китари, но бурни мостове: Резонанс
Резонансът е забележителен природен феномен. Той възниква само в конкретни случаи и може да се използва за много цели. Но може и наистина да ни „сготви“.
Резонансът е принудително трептене на система, причинено от източник, чиято честота е същата като естествената честота на системата. Това казва определението. Но какво всъщност означава?
Механични трептения и резонанс
Всяко трептене намалява с времето поради затихването. Ако видим малко дете на люлка, един от родителите трябва да компенсира причиненото амортизиране, така че люлката да не спре. Знаем, че за постигане на резонанс е достатъчна не само точната сила на натискане, но и правилното синхронизиране.
Детето вероятно няма да бъде твърде развълнувано, ако се насочи назад и родителят се облегне на гърба му в обратната посока на това движение. Най-просто казано, честотата на подаване на енергия ще бъде неправилна (като се има предвид, че искаме да постигнем резонанс). Люлката ще се люлее, но не с най-голяма амплитуда. И обратно, ако честотата е правилна, амплитудата ще бъде максимална и по този начин ще настъпи резонанс.
Коя е правилната и грешната честота?
Ако вибрацията на дете на люлка има същата честота като вибрацията на люлка от родител, ние говорим за „правилната“ честота, при която възниква резонанс. Така че честотата на трептене от родителя (f [Hz]) ще бъде същата като естествената честота (f0 [Hz]) на механичния осцилатор (люлки).
Резонансът може да бъде изследван с помощта на компютърна технология и подходящ софтуер. На графиката можете да видите характеристиката на амплитудата, която създадох в Matlab. Кривата показва зависимостта на амплитудата от честотата. Честотата, където амплитудата е най-висока, съответства на резонансната честота.
Използвайте
Механичният резонанс се характеризира с най-голямото трептене на телата, дори ако тялото се трепне с малка сила. Можем да го използваме напр. със споменатите люлки или музика: например тялото на китарата служи като усилвател, който усилва вибрацията на струните. И ако някога сме останали в колата на снега, се опитвахме да го изтласкаме с помощта на резонанс. Постепенно разклащаме колата, докато се освободи от снежните нокти.
Нежелан
Един от най-известните примери за нежелани резонансни ефекти е мостът Такома.
Ефектите му бяха страшни! С малка, правилно синхронизирана сила, резонансният феномен успя да осцилира няколкотонен мост. Впоследствие мостовите дизайнери започнаха да му обръщат много повече внимание и се опитаха да предотвратят резонанса, като модифицираха конструкцията. Новите изследвания на моста обаче показват, че той може да не е резонансен. Под резонанс имаме предвид, както вече споменахме, принудителните трептения на системата, която се влияе от външен източник на трептения. В случай на мост, това може да бъде напр. маршируваща рота от войници. Но в случая с моста Такома имаше вятър само без определена честота. Проблемът възникнал, когато едно от въжетата се скъсало и мостът започнал да се извива под въздействието на вятъра. Благодарение на аеродинамичните свойства на моста и специфичната скорост на вятъра, зад моста се създават въздушни вихри, които усилват торсионните вибрации, докато настъпи разрушаването.
Електрически резонанс
В някои случаи сложни електрически системи могат да бъдат написани просто чрез схема, състояща се от три основни елемента: резистор (R), кондензатор (C) и индуктор (L), които можем да изследваме. Електрическият резонанс възниква точно когато електрическата верига се възбужда от периодичен източник (многократно променящ се, например, синусовата функция) с честота, идентична на честотата на собствените електрически трептения на веригата (те се образуват от нейните елементи).
Както при механичния резонанс, електрическият може да бъде изследван чрез компютърна технология и реакцията на системата може да бъде нанесена в различни графики (аплитус или фазови характеристики).
Използвайте
Електрическият резонанс се използва широко, например, при безжично предаване на енергия. Гарантирането, че предавателят и приемникът работят с една и съща резонансна честота, ще увеличи ефективността на предаване. Казано е обаче много просто. На практика трябва да се справим с много паразитни параметри (ефект на кожата, ефект на близост, паразитен капацитет с нишки.), Които са нежелани. Все още продължават изследванията в тази област.
Нежелан
В някои електрически устройства резонансът е нежелан. Например, серийният (когато R, L и C са свързани една до друга) резонансът се отличава с висок токов коефициент. Това може да доведе до загуба на топлина в проводниците.
Ядрено-магнитен резонанс (ЯМР)
Той използва много силно магнитно поле и високочестотни електромагнитни вълни. Магнитното поле се създава от насоченото движение на електрически заряди. Човешкото тяло е изградено предимно от вода, а ЯМР работи с тъкан, която се състои предимно от вода. Поради магнитния момент на протон във водородното ядро, който се нарича спин, атомното ядро има определен магнитен момент (напр. Обикновеният магнит има своите магнитни ефекти именно защото спинът на неговите частици има същата ориентация).
Когато въртящо се водородно ядро се вкара в постоянно магнитно поле, то се върти според действието на това поле. И обратно, ако външното магнитно поле изчезне, сърцевината се връща в първоначалното си положение. С действието на друго, перпендикулярно поле, сърцевината започва да се върти отново. За да се поддържат водородните ядра в постоянно движение, се използва високочестотно въртящо се магнитно поле с наистина огромни стойности на магнитната индукция. Чрез задаването на двете магнитни полета, перпендикулярни едно на друго, е лесно да се определи кои ядра ще резонират.
Всеки скенер се състои от намотки - антени, излъчващи вълни със специфична честота, чиято енергия се абсорбира от водородни атоми. Чрез приближаване на намотката близо до въртящия се магнитен момент, в нея се индуцира напрежение. След това тези сигнали се обработват от компютърна технология в полученото изображение. Предимството на този метод е по-висока разделителна способност при изображения на повечето органи без вредно йонизиращо лъчение, което може да стимулира рака.
Езотерични заблуди
Езотериката е твърде "неприятелска" с науката. В Интернет и в личния живот можем да срещнем хора, които ни разказват за „законите на резонанса“ и те изобщо няма да бъдат закони в истинския смисъл на думата.
Например четох, че ако сме в резонанс с определен вид мисли, ние привличаме неща и събития, съответстващи на тези мисли. Това няма нищо общо с честотата в истинския смисъл. Вероятно езотериците са имали предвид, че ако сме в лошо настроение, ще бъдем фокусирани и разочаровани от нещо. И ако следват някои ръчни действия, има по-голяма вероятност да се провалим. Това обаче е съвсем логично.
По някаква причина езотериците са много популярни в злоупотреба с научни термини (често се среща терминът "квант"). По този начин те само създават илюзията, че думите им са научно проверени или имат определена връзка с науката. И затова не е нужно да им се вярва.
Донесохме ви тази статия в сътрудничество с Exsisto Sapiens.