A ressonância pode ser prejudicial, mas também pode ser útil. A ressonância é um fenômeno físico. Teoria e exemplos reais

O fenômeno da ressonância é entendido como um aumento instantâneo na amplitude das vibrações de um objeto sob a influência de uma fonte de energia externa de natureza periódica de influência com valor de frequência semelhante.

No artigo consideraremos a natureza da ocorrência da ressonância usando o exemplo de um pêndulo mecânico (matemático), um circuito oscilatório elétrico e um ressonador magnético nuclear. Para apresentar mais facilmente os processos físicos, o artigo é acompanhado de numerosos encartes em forma de exemplos práticos. O objetivo do artigo é explicar em um nível primitivo o fenômeno da ressonância nas diferentes áreas de sua ocorrência, sem fórmulas matemáticas.

O modelo mais simples que pode mostrar claramente as oscilações é um pêndulo simples, ou melhor, um pêndulo matemático. As oscilações são divididas em livres e forçadas. Inicialmente, a energia que atua no pêndulo proporciona oscilações livres no corpo sem a presença de uma fonte externa de energia de impacto variável. Essa energia pode ser cinética ou potencial.

Aqui não importa quão forte ou não o pêndulo oscila - o tempo gasto para percorrer seu caminho nas direções direta e reversa permanece inalterado. Para evitar mal-entendidos com o amortecimento das oscilações por atrito com o ar, vale destacar que para oscilações livres devem ser atendidas as condições para que o pêndulo retorne ao ponto de equilíbrio e a ausência de atrito.

Mas a frequência, por sua vez, depende diretamente do comprimento do fio do pêndulo. Quanto mais curto for o thread, maior será a frequência e vice-versa.

A frequência natural de um corpo que surge sob a influência de uma força inicialmente aplicada é chamada de frequência ressonante.

Todos os corpos caracterizados por vibrações as executam com uma determinada frequência. Para manter as vibrações não amortecidas no corpo, é necessário fornecer “alimentação” energética periódica e constante. Isto é conseguido pela exposição simultânea à vibração do corpo de uma força constante por um determinado período. Assim, as vibrações que surgem no corpo sob a influência de uma força periódica externa são chamadas de forçadas.

Em algum ponto das influências externas, ocorre um salto acentuado na amplitude. Este efeito ocorre se os períodos de vibrações internas do corpo coincidem com os períodos de força externa e é denominado ressonância. Para que ocorra a ressonância, bastam valores muito pequenos de fontes externas de influência, mas com a condição obrigatória de repetição no tempo. Naturalmente, ao fazer cálculos reais em condições terrestres, não se deve esquecer a ação das forças de atrito e da resistência do ar na superfície do corpo.

Exemplos simples de ressonância da vida

Vamos começar com um exemplo da ocorrência de ressonância que cada um de nós encontrou - este é um balanço comum em um playground.

Ressonância do balanço

Na situação de balanço infantil, no momento em que a mão aplica força ao passar por um dos dois pontos mais altos simétricos, ocorre um salto de amplitude com um aumento correspondente na energia vibratória. Na vida cotidiana, os amantes da voz podiam observar o fenômeno da ressonância no banheiro.

Ressonância acústica sonora ao cantar no banheiro

Qualquer pessoa que canta em um banheiro revestido de azulejos provavelmente já percebeu como o som muda. As ondas sonoras refletidas nos azulejos do espaço fechado do banheiro tornam-se mais altas e duradouras. Mas nem todas as notas da música do vocalista são afetadas por esse efeito, mas apenas aquelas que ressoam em uma batida com a frequência sonora ressonante do ar.

Para cada um dos casos de ocorrência de ressonância acima, existe uma energia excitante externa: no caso de um balanço, um empurrão manual elementar, coincidindo com a fase de vibração do balanço, e no caso de um efeito acústico no banheiro, a voz de uma pessoa, cujas frequências individuais coincidiam com certas frequências do ar.

Ressonância sonora de um copo – experiência em casa

Esta experiência pode ser feita em casa. Requer um vidro de cristal e uma sala fechada sem ruídos estranhos para uma percepção sensível do efeito acústico. Movemos o dedo umedecido em água ao longo da borda do copo com acelerações periódicas “irregulares”. Durante tais movimentos, você pode observar a ocorrência de um som de toque. Este efeito ocorre devido à transferência de energia de movimento, cuja frequência de vibração coincide com a frequência natural de vibração do vidro.

Falha da ponte devido à ressonância - o caso da Ponte Tacoma

Todos que serviram no exército se lembram de como, ao passar em formação por uma ponte, o comando foi ouvido do comandante: “Mantenha o passo!” Por que era impossível marchar em sincronia pela ponte? Acontece que, ao passar em formação por uma ponte e ao mesmo tempo elevar a perna esticada até a altura dos joelhos, os militares abaixam o plano da sola em uma batida com um esforço que é acompanhado por um tapa característico.

O passo do militar se funde em uma única batida, criando uma energia externa abrupta aplicada à ponte com certa vibração. Se a frequência natural das vibrações da ponte coincidir com a vibração do passo dos soldados “em passo”, ocorrerá uma ressonância, cuja energia pode levar a efeitos destrutivos na estrutura da ponte.

Embora não tenham sido registrados casos de destruição completa da ponte quando os soldados passaram em sincronia, o caso mais famoso é a destruição da ponte Tacoma sobre o Tacoma Narrows, no estado de Washington, EUA, em 1940.

Um dos prováveis ​​motivos da destruição é a ressonância mecânica, que surgiu devido à coincidência da frequência do fluxo do vento com a frequência natural interna da ponte.

Ressonância de corrente em circuitos elétricos

Se na mecânica o fenômeno da ressonância pode ser explicado de forma relativamente simples, então na eletricidade tudo não pode ser explicado com os dedos. Para entender, é necessário conhecimento básico da física da eletricidade. A ressonância criada em um circuito elétrico pode ocorrer se houver um circuito oscilante. Quais elementos são necessários para criar um circuito oscilatório em uma rede elétrica? Em primeiro lugar, o circuito deve estar conectado a uma fonte de energia elétrica.

Numa rede elétrica, o circuito oscilatório mais simples consiste em um capacitor e um indutor.

Um capacitor, constituído por duas placas metálicas separadas por isoladores dielétricos, é capaz de armazenar energia elétrica. Uma bobina de indutância feita na forma de voltas em espiral de um condutor elétrico tem uma propriedade semelhante.

A conexão mútua de um capacitor e um indutor em uma rede elétrica, formando um circuito oscilatório, pode ser paralela ou em série. No tutorial em vídeo a seguir, é fornecido um exemplo de método de comutação sequencial para demonstrar a ressonância.

Flutuações na corrente elétrica dentro do circuito ocorrem sob a influência da eletricidade. Porém, nem todos os sinais de entrada, ou melhor, suas frequências, servem como fonte de ressonância, mas apenas aqueles cuja frequência coincide com a frequência de ressonância do circuito. O restante, não participando do processo, é suprimido no fluxo geral do sinal. É possível regular a frequência de ressonância alterando os valores da capacitância do capacitor e da indutância da bobina.

Voltando à física da ressonância nas vibrações mecânicas, ela é especialmente pronunciada em valores mínimos das forças de atrito. O indicador de atrito é comparado em um circuito elétrico à resistência, cujo aumento leva ao aquecimento do condutor devido à conversão da energia elétrica em energia interna do condutor. Portanto, como no caso da mecânica, num circuito elétrico oscilatório a ressonância é claramente expressa em baixa resistência ativa.

Um exemplo de ressonância elétrica durante a sintonia de receptores de TV e rádio

Ao contrário da ressonância na mecânica, que pode afetar negativamente os materiais estruturais até o ponto de destruição, para fins elétricos é amplamente utilizada para fins funcionais úteis. Um exemplo de aplicação é a sintonização de programas de TV e rádio em receptores.

Ondas de rádio com frequência apropriada atingem as antenas receptoras e causam pequenas flutuações elétricas. Em seguida, o sinal, incluindo todo o conjunto de programas transmitidos, entra no amplificador. Sintonizado para uma frequência específica de acordo com o valor da capacitância ajustável do capacitor, o circuito oscilatório recebe apenas aquele sinal cuja frequência coincide com a sua.

Um circuito oscilante é instalado no receptor de rádio. Para sintonizar uma estação, gire a alça do capacitor variável, alterando a posição de suas placas e alterando consequentemente a frequência de ressonância do circuito.

Lembre-se do receptor de rádio analógico “Ocean” da época da URSS, cujo botão de sintonia de canal nada mais é do que um regulador para alterar a capacitância de um capacitor, cuja posição altera a frequência de ressonância do circuito.

Ressonância magnética nuclear

Certos tipos de átomos contêm núcleos que podem ser comparados a ímãs em miniatura. Sob a influência de um poderoso campo magnético externo, os núcleos dos átomos mudam sua orientação de acordo com a posição relativa de seu próprio campo magnético em relação ao externo. Um forte pulso eletromagnético externo é absorvido pelo átomo, resultando em sua reorientação. Assim que a fonte do impulso cessa sua ação, os núcleos retornam às suas posições originais.

Os núcleos, dependendo de pertencerem a um determinado átomo, são capazes de receber energia em uma determinada faixa de frequência. A mudança na posição do núcleo ocorre em uma etapa com oscilações externas do campo eletromagnético, razão pela qual ocorre a chamada ressonância magnética nuclear (abreviada como RMN). No mundo científico, esse tipo de ressonância é usado para estudar ligações atômicas dentro de moléculas complexas. O método de ressonância magnética (MRI) usado na medicina permite que os resultados da digitalização de órgãos internos humanos sejam exibidos em um display para diagnóstico e tratamento.

O campo magnético do scanner OMR, formado por bobinas de indutância, cria radiação de alta frequência sob a influência da qual o hidrogênio muda sua orientação, desde que suas próprias frequências coincidam com as externas. Como resultado dos dados recebidos dos sensores, uma imagem gráfica é formada no monitor.

Se compararmos os métodos NMR e OMR em relação à radiação, então a varredura com um ressonador magnético nuclear é menos prejudicial que o OMR. Além disso, no estudo de tecidos moles, a tecnologia de RMN tem demonstrado maior eficiência em refletir o detalhe da área tecidual em estudo.

O que é espectrografia

A ligação mútua entre os átomos de uma molécula não é estritamente rígida; quando muda, a molécula entra em estado de vibração. A frequência vibracional das ligações mútuas dos átomos altera a frequência de ressonância das moléculas de acordo. Usando a radiação de ondas eletromagnéticas no espectro IR, as vibrações de ligações atômicas acima podem ser causadas. Esse método, denominado espectrografia infravermelha, é utilizado em laboratórios científicos para estudar a composição do material em estudo.

Fedotova Victoria

Objetivo: Estudar informações sobre ressonância mecânica, sua aplicação e contabilização.

Objetivos: 1. Recolher e sistematizar informação sobre a utilização e contabilização da ressonância mecânica na natureza, no quotidiano e na tecnologia.

2. Demonstrar experiências para observar ressonância mecânica.

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Legendas dos slides:

Ressonância mecânica

1602 V 4 F tr máx.

Ressonância mecânica beneficia danos

Em 20 de janeiro (2 de fevereiro) de 1905, um esquadrão de guardas de cavalaria atravessou a Ponte das Correntes Egípcias em São Petersburgo

Destruição da ponte Tacoma na América em 1940

Em 2010, uma ponte em Volgogrado “dançou”

Ressonância em tecnologia 1. 2. 3. 4.

Trombetas de Jericó

As cavidades oral e nasal atuam como ressonadores

Medidor de frequência

Ressonância sonora

Ressonância mecânica benefício dano P aplicar Leve em consideração e reduza

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Projeto de física “Ressonância mecânica”

Objetivo: Estudar informações sobre ressonância mecânica, sua aplicação e contabilização.

Objetivos: 1. Recolher e sistematizar informação sobre a utilização e contabilização da ressonância mecânica na natureza, no quotidiano e na tecnologia.

2. Demonstrar experiências para observar ressonância mecânica.

Cada um de nós adora uma atividade divertida - balançar. Ao entreter a nós mesmos ou a uma criança, aplicamos força na direção desejada em um momento estritamente definido. Uma pessoa que tenta balançar um balanço empurrando-o na hora errada pareceria muito estranha. Por que é impossível balançar se você aplica força na hora errada? Esta questão permaneceu sem resposta por muito tempo até estudarmos ressonância nas aulas de física. Este fenômeno natural é muito misterioso. Decidimos levantar um pouco o véu do sigilo.

Ressonância mecânicaé o fenômeno de um aumento acentuado na amplitude das oscilações quando a frequência das oscilações forçadas coincide com a frequência natural do sistema físico.Fenômeno de ressonância foi descrito pela primeira vez Galileu Galilei em 1602 em obras dedicadas ao estudopêndulos e cordas musicais.A ressonância é mais claramente observada se o atrito no sistema for mínimo.

Para evitar esse fenômeno, aumente o atrito ou altere os parâmetros do próprio sistema oscilatório.

Como qualquer fenômeno natural, a ressonância não pode ser exclusivamente benéfica ou prejudicial; ela tem seus prós e contras. Quando é prejudicial, levam em conta e tentam prevenir; se é útil, usam-no.

Cada peça, mecanismo, máquina ou edifício possui sua própria frequência de vibração. Se ficarem sob a influência de uma força motriz durante a operação, as consequências podem ser muito perigosas se as frequências coincidirem.

Em 20 de janeiro (2 de fevereiro) de 1905, um esquadrão de guardas de cavalaria passou pela Ponte das Correntes Egípcias em São Petersburgo, 11 trenós com motoristas avançavam em direção a ela. Naquele momento, a ponte desabou sobre o gelo do Fontanka. A versão principal é que a estrutura da ponte não resistiu às vibrações muito rítmicas do passo coordenado dos militares, razão pela qual ocorreu nela uma ressonância. Esta versão foi incluída no currículo escolar de física como exemplo ilustrativo, além disso, foi introduzido um novo comando militar para “sair de compasso”, é dado a uma coluna de combate antes de entrar em qualquer ponte. A destruição da Ponte Tacoma ocorreu devido à mesma ressonância na América em 1940, a ponte em Angers, na França em 1850. Em 2010, uma ponte em Volgogrado “dançou”.

A ressonância mecânica pode ocorrer, por exemplo, durante a aceleração do rotor de um mecanismo em alguma velocidade intermediária; À medida que a frequência aumenta, a ressonância para. A ressonância pode não ocorrer em todo o mecanismo, mas apenas em alguma parte dele; Se ressoar, pode quebrar.

Alguns pilotos de teste relataram com horror que durante o vôo seu avião de repente começou a tremer violentamente e, depois de alguns minutos, literalmente se desintegrou no ar. As investigações desses casos deram uma resposta sobre o culpado do acidente: foi uma ressonância. Quando os motores estavam operando, suas frequências de oscilação coincidiam com a frequência natural de oscilação do corpo da aeronave. A gama de vibrações continuou aumentando e o avião simplesmente se desintegrou no ar. Há casos em que os transatlânticos tiveram que ser reconstruídos para reduzir a vibração. Qualquer corpo tem sua própria frequência vibratória. E se você conseguir selecionar a mesma frequência da força externa, a destruição será inevitável. O exemplo mais claro disso são as Trombetas de Jericó. Segundo a lenda, quando tocaram a trombeta, as muralhas de Jericó ruíram. Você pode quebrar um copo da mesma maneira. E os amantes de Shrek se lembraram do pássaro que explodiu com o canto de Fiona. A resposta, chamada ressonância, se manifesta dessa forma. Aqui o vidro da janela zumbia e vibrava sem quaisquer impactos ou outras influências perceptíveis; mas ao ouvir uma música suave, o vidro do armário começou a responder, e na mesma nota.

Transportemo-nos mentalmente à Roma antiga, onde várias tragédias se desenrolaram no palco do Coliseu. O enorme anfiteatro foi projetado de forma que todos os presentes possam ouvir até mesmo um sussurro de uma palavra falada no palco. É aqui que a ressonância funciona. Afinal, as modernas salas de concerto são construídas de acordo com leis especiais, criando condições de ressonância. Sim, e você e eu o usamos para nos comunicar. Ao falar ou cantar, arredondamos a boca, aumentando o som. Os bugios aproveitam esse fenômeno muito melhor do que nós; seus rugidos podem ser ouvidos a vários quilômetros de distância. E os sapos comuns fazem gritos bem altos durante a época de acasalamento. Ambos têm um saco ressonador, que inflam quando gritam. As pessoas perceberam o fenômeno da ressonância na natureza e começaram a usá-lo para seus próprios fins. Muitos de nós admiramos repetidamente as formas elegantes dos instrumentos musicais, mas poucos se perguntam: “Por que um violino precisa desse formato?” E é tudo uma questão de ressonância. Sons de diferentes alturas ressoam em diferentes lugares do instrumento intrincadamente curvado. Todos os amplificadores de áudio são dimensionados para ressonância. Assim que você os altera um pouco, o som “desaparece” imediatamente. O ruído de uma concha marinha também é gerado por ressonância.

A ação de um dispositivo que permite medir a frequência das oscilações é baseada no fenômeno da ressonância. Este dispositivo é chamado medidor de frequência. A frequência das vibrações mecânicas é geralmente medida usando vibrações mecânicas e elétricas contadores de frequência ., utilizado em conjunto com conversores de vibrações mecânicas em elétricas. A vibração mecânica mais simples medidor de frequência, cuja ação se baseia na ressonância, é uma série de placas elásticas reforçadas em uma extremidade sobre uma base comum. As placas são selecionadas de acordo com o comprimento e o peso para que as frequências de suas próprias vibrações formem uma determinada escala discreta, na qual é determinado o valor da frequência medida. Vibrações mecânicas atuando na base medidor de frequência , provocam vibração das placas elásticas, sendo a maior amplitude de vibrações observada na placa cuja frequência natural é igual (ou próxima em valor) à frequência medida.

Experimentos para observar ressonância.

1. Vamos pendurar vários pêndulos de diferentes comprimentos em uma corda fixada nas prateleiras. Vamos desviar o pêndulo A da posição de equilíbrio e deixá-lo sozinho. Ele oscilará livremente, agindo com alguma força periódica na corda. A corda, por sua vez, atuará nos demais pêndulos. Como resultado, todos os pêndulos começarão a realizar oscilações forçadas com a frequência das oscilações do pêndulo A . Veremos que todos os pêndulos começarão a oscilar com uma frequência igual à frequência das oscilações do pêndulo A . No entanto, sua amplitude de oscilação, exceto para o pêndulo C , será menor que a amplitude das oscilações do pêndulo A. Pêndulo mesmo C , cujo comprimento é igual ao comprimento do pêndulo A , irá balançar com muita força. Consequentemente, o pêndulo tem a maior amplitude de oscilação, cuja frequência natural de oscilações coincide com a frequência da força motriz. Neste caso dizem que se observa ressonância
2. Vamos colocar dois diapasões idênticos lado a lado, virando-os um para o outro nos lados das caixas onde não há paredes. Vamos bater no diapasão esquerdo com um martelo. Num segundo vamos abafá-lo com as nossas mãos. Ouviremos o som do segundo diapasão, que não tocamos. Dizem que o diapasão certo ressoa, isto é, capta a energia das ondas sonoras do diapasão esquerdo e, como resultado, aumenta a amplitude de suas próprias vibrações.

Conclusão: Tendo estudado o fenômeno da ressonância mecânica, ficou claro que se trata de um fenômeno complexo. Deve ser lembrado e levado em consideração, pois pode trazer benefícios e malefícios. Se a ressonância for benéfica, então ela é usada e aplicada, e se for prejudicial, então é levada em consideração e o efeito da ressonância é reduzido.

Antes de começar a se familiarizar com os fenômenos de ressonância, você deve estudar os termos físicos associados a ela. Não são muitos, por isso não será difícil lembrar e compreender o seu significado. Então, as primeiras coisas primeiro.

Qual é a amplitude e frequência do movimento?

Imagine um quintal comum onde uma criança senta em um balanço e balança as pernas para balançar. No momento em que ele consegue balançar o balanço e ele vai de um lado para o outro, pode-se calcular a amplitude e a frequência do movimento.

Amplitude é o maior comprimento de desvio do ponto onde o corpo estava na posição de equilíbrio. Se tomarmos o nosso exemplo de balanço, então a amplitude pode ser considerada o ponto mais alto para o qual a criança balança.

E frequência é o número de oscilações ou movimentos oscilatórios por unidade de tempo. A frequência é medida em Hertz (1 Hz = 1 ciclo por segundo). Voltemos ao nosso balanço: se uma criança passar apenas metade de toda a extensão do balanço em 1 segundo, sua frequência será igual a 0,5 Hz.

Como a frequência está relacionada ao fenômeno da ressonância?

Já descobrimos que a frequência caracteriza o número de vibrações de um objeto em um segundo. Imagine agora que um adulto ajuda uma criança que balança fracamente a balançar, empurrando o balanço repetidamente. Além disso, esses choques também possuem frequência própria, o que aumentará ou diminuirá a amplitude de balanço do sistema “swing-child”.

Digamos que um adulto empurra um balanço enquanto este se move em sua direção, neste caso a frequência não aumentará a amplitude do movimento, ou seja, uma força externa (neste caso, empurra) não aumentará a oscilação do sistema.

Se a frequência com que um adulto balança uma criança for numericamente igual à própria frequência de balanço, pode ocorrer ressonância. Em outras palavras, um exemplo de ressonância é a coincidência da frequência do próprio sistema com a frequência das oscilações forçadas. É lógico imaginar que frequência e ressonância estejam inter-relacionadas.

Onde você pode ver um exemplo de ressonância?

É importante compreender que exemplos de ressonância são encontrados em quase todas as áreas da física, desde ondas sonoras até eletricidade. O significado da ressonância é que quando a frequência da força motriz é igual à frequência natural do sistema, nesse momento ela atinge seu valor mais alto.

O seguinte exemplo de ressonância lhe dará uma visão. Digamos que você esteja andando sobre uma tábua fina jogada sobre um rio. Quando a frequência de seus passos coincide com a frequência ou período de todo o sistema (board-person), a prancha começa a oscilar fortemente (curvar para cima e para baixo). Se você continuar se movendo nas mesmas etapas, a ressonância causará uma forte amplitude de vibração da placa, que vai além do valor permitido do sistema e isso acabará por levar à falha inevitável da ponte.

Existem também aquelas áreas da física onde você pode usar um fenômeno como a ressonância útil. Os exemplos podem surpreender, pois costumamos utilizá-los de forma intuitiva, sem nem perceber o lado científico da questão. Assim, por exemplo, usamos a ressonância quando tentamos tirar um carro de um buraco. Lembre-se de que é mais fácil obter resultados somente quando você empurra o carro enquanto ele avança. Este exemplo de ressonância aumenta a amplitude de movimento, ajudando assim a puxar o carro.

Exemplos de ressonância prejudicial

É difícil dizer qual ressonância é mais comum em nossas vidas: boa ou prejudicial para nós. A história conhece um número considerável de consequências terríveis do fenômeno da ressonância. Aqui estão os eventos mais famosos onde um exemplo de ressonância pode ser observado.

1. Na França, na cidade de Angers, em 1750, um destacamento de soldados atravessou uma ponte de correntes. Quando a frequência de seus passos coincidiu com a frequência da ponte, a amplitude das vibrações (amplitude) aumentou acentuadamente. Houve uma ressonância, as correntes quebraram e a ponte desabou no rio.
2. Houve casos em que nas aldeias uma casa foi destruída devido a um camião que circulava na estrada principal.

Como você pode ver, a ressonância pode ter consequências muito perigosas, razão pela qual os engenheiros devem estudar cuidadosamente as propriedades dos objetos de construção e calcular corretamente suas frequências de vibração.

Ressonância Benéfica

A ressonância não se limita a consequências terríveis. Ao estudar cuidadosamente o mundo que nos rodeia, pode-se observar muitos resultados bons e benéficos de ressonância para os seres humanos. Aqui está um exemplo notável de ressonância que permite às pessoas receber prazer estético.

O design de muitos instrumentos musicais funciona segundo o princípio da ressonância. Tomemos um violino: o corpo e a corda formam um único sistema oscilatório, dentro do qual existe um alfinete. É através dele que as frequências de vibração são transmitidas do convés superior para o inferior. Quando o luthier move o arco ao longo da corda, esta, como uma flecha, vence o atrito da superfície da resina e voa na direção oposta (começa a se mover na área oposta). Ocorre uma ressonância, que é transmitida à caixa. E dentro dele existem buracos especiais - buracos F, através dos quais a ressonância é trazida à tona. É assim que é controlado em muitos instrumentos de cordas (guitarra, harpa, violoncelo, etc.).

Ao construir pontes, os engenheiros levaram em conta apenas a pressão do peso das pessoas que as atravessavam e das mercadorias transportadas. Mas desastres inesperados provaram que, ao construir pontes, é preciso levar em conta algumas outras influências nas suas vigas.

Era uma vez um destacamento de soldados que passava por uma ponte pênsil perto de Angers (França), que batia claramente o passo, batendo simultaneamente no chão com os pés direito e esquerdo. Sob os golpes dos pés, a ponte balançou ligeiramente, mas de repente as correntes de suporte quebraram e a ponte, junto com as pessoas, desabou no rio. Mais de duzentas pessoas morreram.

A opinião pública ficou indignada. Os construtores da ponte foram acusados ​​​​de cálculos descuidados e economias inaceitáveis ​​​​em metal... Os engenheiros ficaram perplexos: o que causou a ruptura das correntes da ponte, que serviam há várias décadas?

Como sempre, a polêmica começou. Os antigos praticantes, sem hesitar por muito tempo, alegaram que as correntes estavam enferrujadas e não suportavam o peso dos soldados.

Contudo, a inspeção dos circuitos quebrados não confirmou esta explicação. O metal não foi profundamente danificado pela ferrugem. A secção transversal das ligações proporcionou a margem de segurança necessária.

Nunca foi possível encontrar a causa do desabamento da ponte.

Várias décadas se passaram e uma catástrofe semelhante se repetiu em São Petersburgo.

A unidade de cavalaria cruzou a ponte egípcia sobre o Fontanka. Cavalos treinados para andar ritmicamente batiam os cascos ao mesmo tempo. A ponte balançou ligeiramente no ritmo dos golpes. De repente, as correntes que sustentavam a ponte quebraram e ela, junto com seus cavaleiros, caiu no rio.

Disputas esquecidas ressurgiram novamente. Era necessário resolver a misteriosa causa de tais desastres para que não voltassem a acontecer. Afinal, as pontes foram projetadas corretamente. As correntes tiveram que suportar uma carga várias vezes maior do que o peso das pessoas e dos cavalos que atravessavam as pontes.

Que forças quebraram os elos das correntes?

Alguns engenheiros adivinharam que o colapso das pontes estava associado ao ritmo dos impactos no convés.

Mas por que aconteceram desastres em pontes suspensas? Por que as unidades militares de infantaria e cavalaria atravessam com segurança pontes comuns?

A resposta a estas questões só poderia ser dada através do estudo da ação dos choques para diferentes projetos de pontes.

A viga de uma ponte pênsil pode ser comparada a uma tábua colocada em suas extremidades sobre suportes. Quando um menino salta sobre ela, a prancha se curva para cima e para baixo. Se você entrar no ritmo dessas vibrações, seu balanço ficará cada vez maior, até que finalmente a prancha quebra.

As vigas de uma ponte suspensa também podem vibrar, embora isso seja menos perceptível à vista. A ponte perto de Angers oscilou com um período de cerca de 1,5 segundos. Quando os soldados caminhavam por ela, o ritmo de seus passos acidentalmente combinava com as próprias vibrações de suas vigas. O escopo imperceptível tornou-se cada vez maior. Finalmente as correntes não aguentaram e quebraram.

A coincidência do período de oscilações de um corpo com o intervalo entre os choques que os excitam é chamada de ressonância.

Uma experiência muito interessante que ilustra o fenômeno da ressonância foi feita por Galileu em sua época. Pendurando um pêndulo pesado, ele começou a respirar nele, tentando garantir que os intervalos entre as exalações de ar estivessem sincronizados com as próprias oscilações do pêndulo. Cada expiração produzia um choque completamente imperceptível. No entanto, acumulando-se gradativamente, o efeito desses choques fez balançar o pesado pêndulo.

O fenômeno da ressonância é frequentemente encontrado em tecnologia. Por exemplo, pode ocorrer quando um trem atravessa uma ponte de viga. Quando as rodas de uma locomotiva ou de um vagão encontram as juntas dos trilhos, elas produzem um impulso que é transmitido às vigas. Vibrações de uma certa frequência começam nos feixes. Se os choques coincidissem com as vibrações das vigas, surgiria uma ressonância perigosa.

Para evitar esse fenômeno, os engenheiros projetam pontes de modo que seu período natural de vibração seja muito curto. Nesse caso, o período de tempo durante o qual a Roda passa de uma junta a outra é maior que o período de oscilação dos feixes e de ressonância? não pode ser.

Como resultado da ressonância, um navio muito carregado pode balançar mesmo durante ondas fracas.

O equilíbrio de um navio depende da posição relativa do centro de gravidade e do chamado centro de pressão. A água pressiona de todos os lados a parte do corpo imersa nela. Todas as forças de pressão podem ser substituídas por uma resultante. É aplicado no centro de gravidade da água deslocada e direcionado diretamente para cima. O ponto de sua aplicação é o centro de pressão. Geralmente fica acima do centro de gravidade.

Enquanto o casco do navio for mantido nivelado, a gravidade e a pressão serão diretamente opostas e se anularão. Mas se o navio inclinar por algum motivo, o centro de pressão se moverá para o lado. Agora existem duas forças agindo sobre ele - gravidade e pressão. Eles estão tentando endireitar a posição do navio. Como resultado, o navio se endireitará e, por inércia, balançará na outra direção.

Então começará a oscilar como um pêndulo. Estas são as vibrações do próprio navio que surgem sob a influência das ondas a bordo. Se esses golpes coincidirem com o balanço do navio, o balanço do navio aumentará. O balanço de um navio pode tornar-se perigoso e até causar a sua morte.

Tal desastre aconteceu com o encouraçado inglês Captain, lançado em 1870.

Este navio estava revestido com uma espessa armadura de aço. Os canhões da fortaleza foram instalados nas torres baixas e pesadas do navio de guerra. A tripulação era composta por 550 marinheiros e oficiais. Supunha-se que o Capitão seria um dos navios de guerra mais formidáveis ​​da frota inglesa.

A espessa blindagem de aço que cobria a superfície do casco, as torres pesadas e as poderosas peças de artilharia aumentavam demais o centro de gravidade. Na primeira tempestade, o encouraçado inclinou-se fortemente, tombou de lado, virou para cima com a quilha e afundou. Apenas alguns de sua equipe conseguiram escapar.

Influência externa em determinados valores (frequências de ressonância) determinados pelas propriedades do sistema. Aumentar a amplitude é apenas consequência ressonância, e causa- coincidência da frequência externa (de excitação) com a frequência interna (natural) do sistema oscilatório. Usando o fenômeno da ressonância, mesmo oscilações periódicas muito fracas podem ser isoladas e/ou amplificadas. Ressonância é o fenômeno de que, em uma certa frequência da força motriz, o sistema oscilatório responde especialmente à ação dessa força. O grau de capacidade de resposta na teoria das oscilações é descrito por uma quantidade chamada fator de qualidade. O fenômeno da ressonância foi descrito pela primeira vez por Galileu Galilei em 1602 em obras dedicadas ao estudo de pêndulos e cordas musicais.

Mecânica

O sistema de ressonância mecânica mais familiar para a maioria das pessoas é um balanço regular. Se você empurrar o swing de acordo com sua frequência de ressonância, a amplitude de movimento aumentará, caso contrário, o movimento desaparecerá. A frequência de ressonância de tal pêndulo pode ser encontrada com precisão suficiente na faixa de pequenos deslocamentos do estado de equilíbrio usando a fórmula:

O mecanismo de ressonância é que o campo magnético da indutância gera uma corrente elétrica que carrega o capacitor, e a descarga do capacitor cria um campo magnético na indutância - processo que se repete muitas vezes, análogo a um pêndulo mecânico.

Supondo que no momento da ressonância os componentes indutivos e capacitivos da impedância sejam iguais, a frequência ressonante pode ser encontrada a partir da expressão

Onde ; f é a frequência de ressonância em hertz; L é a indutância em Henry; C é a capacitância em farads. É importante que em sistemas reais o conceito de frequência ressonante esteja inextricavelmente ligado a largura de banda, ou seja, a faixa de frequência na qual a resposta do sistema difere pouco da resposta na frequência de ressonância. A largura de banda é determinada fator de qualidade do sistema.

Microondas

Na eletrônica de microondas, ressonadores volumétricos são amplamente utilizados, na maioria das vezes de geometria cilíndrica ou toroidal com dimensões da ordem do comprimento de onda, nos quais oscilações de alta qualidade do campo eletromagnético são possíveis em frequências individuais determinadas pelas condições de contorno. O fator de qualidade mais alto é encontrado em ressonadores supercondutores cujas paredes são feitas de um supercondutor e em ressonadores dielétricos com modos de galeria sussurrantes.

Óptica

Acústica

A ressonância é um dos processos físicos mais importantes utilizados no projeto de dispositivos sonoros, muitos dos quais contêm ressonadores, como as cordas e o corpo de um violino, o tubo de uma flauta e o corpo de uma bateria.

Astrofísica

A ressonância orbital na mecânica celeste é uma situação em que dois (ou mais) corpos celestes têm períodos orbitais que se relacionam como pequenos números naturais. Como resultado, estes corpos celestes exercem uma influência gravitacional regular uns sobre os outros, o que pode estabilizar as suas órbitas.

Método de ressonância de destruição de gelo

Sabe-se que quando uma carga se move ao longo da cobertura de gelo, um sistema de ondas gravitacionais flexurais (IGW) se desenvolve. Esta é uma combinação de vibrações de flexão da placa de gelo e ondas gravitacionais associadas na água. Quando a velocidade de carregamento está próxima da velocidade mínima de fase do IGW, a água deixa de suportar a cobertura de gelo e o suporte é fornecido apenas pelas propriedades elásticas do gelo. A amplitude do IGV aumenta acentuadamente e, com carga suficiente, começa a destruição. O consumo de energia é várias vezes menor (dependendo da espessura do gelo) em comparação com quebra-gelos e acessórios quebra-gelo. Este método de destruição do gelo é conhecido como método ressonante de destruição do gelo.O cientista Kozin, Viktor Mikhailovich, obteve curvas teóricas experimentais que mostram as capacidades de seu método.

Notas

Veja também

Literatura

• Richardson LF(1922), Previsão do tempo por processo numérico, Cambridge.
• Bretherton FP(1964), Interações ressonantes entre ondas. J. Mecânica de Fluidos., 20, 457-472.
• Blombergen N.Óptica não linear, M.: Mir, 1965. - 424 p.
• Zakharov V. E.(1974), formalismo hamiltoniano para ondas em meios não lineares com dispersão, Izv. universidades da URSS. Radiofísica, 17(4), 431-453.
• Arnaldo V.I. Perda de estabilidade de auto-oscilações próximas a ressonâncias, Ondas não lineares / Ed. A. V. Gaponov-Grekhov. - M.: Nauka, 1979. S. 116-131.
• Kaup PJ, Reiman A e Bers A(1979), Evolução espaço-tempo de interações não lineares de três ondas. Interações em um meio homogêneo, Rev. da Física Moderna, 51 (2), 275-309.
• Haken H.(1983), Sinergética Avançada. Hierarquias de instabilidade de sistemas e dispositivos auto-organizados, Berlim, Springer-Verlag.
• Phillips O. M. Interação de ondas. Evolução das ideias, Hidrodinâmica moderna. Sucessos e problemas. - M.: Mundo, 1984. - S. 297-314.
• Zhuravlev V.F., Klimov D.M. Métodos aplicados à teoria das vibrações. - M.: Nauka, 1988.
• Sukhorukov A.P. Interações de ondas não lineares em óptica e radiofísica. - M.: Nauka, 1988. - 232 p.
• Bruno A. D. Problema restrito de três corpos. - M.: Nauka, 1990.

Ligações

• Demonstração do fenômeno da ressonância usando o exemplo das oscilações forçadas de um pêndulo de mola

Fundação Wikimedia. 2010.

Veja o que é “Ressonância” em outros dicionários:

- (ressonância francesa, do latim resono soo em resposta, respondo), uma resposta seletiva relativamente grande de um sistema oscilatório (oscilador) a um período periódico impacto com uma frequência próxima da sua própria frequência. hesitação. Quando R...... Enciclopédia física

- (Francês, do latim resonare para ser ouvido). Em acústica: condições para a propagação completa do som. Placa utilizada para realçar a sonoridade das cordas em instrumentos musicais. Dicionário de palavras estrangeiras incluídas na língua russa. Chudinov A.N., 1910.… … Dicionário de palavras estrangeiras da língua russa

Ressonância- Ressonância: curvas de ressonância de osciladores lineares em diferentes fatores de qualidade Q(Q3>Q2>Q1), x intensidade das oscilações; b dependência da fase na frequência na ressonância. RESSONÂNCIA (ressonância francesa, do latim resono eu respondo), agudo... ... Dicionário Enciclopédico Ilustrado

RESSONÂNCIA, ressonância, muitas. sem marido (do lat. resonans dando um eco). 1. O som de resposta de um dos dois corpos sintonizados em uníssono (físico). 2. A capacidade de aumentar a força e a duração do som característico das salas, da superfície interna... ... Dicionário Explicativo de Ushakov

Eco, ressonância, mesomerismo, resposta, hádron, partícula, eco Dicionário de sinônimos russos. ressonância ver resposta Dicionário de sinônimos da língua russa. Guia prático. M.: Língua russa. Z. E. Alexandrova. 2... Dicionário de sinônimo