Примери за резонанс в живота

Как звуковите и светлинните вълни влияят на резонанса? Какво представляват вибрациите и резонансните честоти на обектите? Какви ежедневни примери за резонанс могат да бъдат намерени в живота? Как да разбиеш чаша с глас? Ако погледнете отблизо, можете да видите примери за резонанс навсякъде. Тук са само някои от тях са полезни, а други - вреда.

Какво е резонанс?

Замисляли ли сте се как хората създават красива музика с обикновени очила? Тъй като звуковите вълни увеличават въздействието върху стъклото, то може дори да се счупи. Светлинните вълни също взаимодействат по специален начин с обекти около тях. Поведението на звуковите и светлинните вълни обяснява защо хората чуват звуците на музикалните инструменти и различават цветовете. Промените в амплитудата на вълните се причиняват от важен принцип, наречен резонанс. Примери за въздействие върху предаването на звук и светлина са вибрациите.

Звуковите вълни произлизат от механични вибрации в твърди вещества, течности и газове. Светлинните вълни произтичат от вибрациите на заредените частици. Обекти, заредени частици и механични системи обикновено имат определена честота, на която те са склонни да вибрират. Това се нарича тяхната резонансна честота или тяхната собствена честота. Някои обекти имат две или повече резонансни честоти. Пример за резонанс: когато карате по неравен път и колата ви започва да скача нагоре и надолу - това е пример за трептене на колата на резонансната честота или по-скоро на резонансната честота на амортисьорите. Може да забележите, че когато карате автобуса, честотата на отскока е малко по-бавна. Това е така, защото амортисьорите на гумите имат по-ниска резонансна честота.

Когато звукът или светлинната вълна ударят обект, той вече вибрира с определена честота. Ако тази честота съответства на резонансната честота на обекта, това ще доведе до факта, че получавате резонанс. Това се случва, когато амплитудата на осцилациите на обекта се увеличава поради съответните трептения на друг обект. Тази връзка е трудно да си представим без пример.

Резонанс и светлинни вълни

Вземете, например, една типична светлинна вълна (това е поток от бяла светлина, която идва от слънцето) и я насочва към тъмен обект, нека е черна змия. Молекулите в кожата на влечугите имат набор от резонансни честоти. Това означава, че електроните в атомите са склонни да вибрират на определени честоти. Светлината, идваща от слънцето, е бяла светлина, която има много честота.

Те включват червено и зелено, синьо и жълто, оранжево и лилаво. Всяка от тези честоти засяга змийската кожа. И всяка честота води до вибрация на друг електрон. Жълтата честота резонира с електрони, чиято резонансна честота е жълта. Синята честота резонира с електрони, чиято резонансна честота е синя. Така змийската кожа като цяло резонира със слънчевата светлина. Змията изглежда черна, защото кожата й абсорбира всички честоти на слънчева светлина.

Когато светлинните вълни резонират с обект, те предизвикват вибрациите на електроните с големи амплитуди. Светлинната енергия се абсорбира от обекта и за човешкото око не се забелязва, че светлината се връща. Обектът изглежда черен. Ами ако обектът не абсорбира слънчевата светлина? Ами ако никой от електроните му не резонират със светлинните честоти? Ако резонансът не се случи, тогава ще получите предаване, предаването на светлинни вълни през обекта. Стъклото изглежда прозрачно, защото не абсорбира слънчевата светлина.

Светлината все още кара електроните да вибрират. Но тъй като не съответства на резонансните честоти на електроните, осцилациите са много малки и преминават от атом към атом през целия обект. Един обект без резонанс ще има нулева абсорбция и 100% предаване, например стъкло или вода.

Резонанс на музика и звукови вълни

Резонанс за звук работи същото като за светлина. Когато един обект вибрира на честотата на втория обект, тогава първият кара втората да вибрира с висока амплитуда. Така че има акустичен резонанс. Пример за това е свиренето на всеки музикален инструмент. Акустичният резонанс е отговорен за музиката, създадена от тромпет, флейта, тромбон и много други инструменти. Как работи това невероятно явление? Можем да дадем пример за резонанс, който има положителен ефект.

Отивате до катедралата, където свири органна музика, можете да видите, че цялата стена е изпълнена с огромни тръби от всякакви размери. Някои от тях са много къси, а други достигат тавана. За какво са тръбите? Когато красивата музика започне да играе, може да се разбере, че звукът идва от тръбите, той е много силен и изглежда изпълва цялата катедрала. Как могат тези тръби да звучат толкова силно? Акустичният резонанс е виновен за всичко и не е единственият инструмент, който използва това невероятно явление.

Създаване на звукови вълни

За да разберете какво се случва, първо трябва да знаете малко за това, как звукът преминава през въздуха. Звуковите вълни се създават, когато нещо причинява вибрации на молекулите на въздуха. Тогава тази вибрация се движи като вълна навън във всички посоки. Когато вълната пътува през въздуха, има области, в които молекулите се свиват по-близо един до друг, и области, където молекулите се изтеглят по-далеч един от друг. Разстоянието между последователни компресии или разширения е известно като дължина на вълната. Честотата се измерва в Hertz единици (Hz), а един Hertz съответства на една вълнова компресия в секунда.

Хората могат да откриват звукови вълни с честоти от 20 до 20 000 Hz! Въпреки това не всички звучат еднакво. Някои звуци са високи и скърцащи, а други са ниски и дълбоки. Това, което всъщност чувате, е разликата в честотата. И така, как честотата се отнася до дължината на вълната? Скоростта на звука леко варира при температурата на въздуха, но обикновено е около 343 m / s. Тъй като всички звукови вълни се движат със същата скорост, честотата ще намалява с увеличаване на дължината на вълната и ще се увеличава с намаляваща дължина на вълната.

Вреден резонанс: примери

Често хората приемат изграждането на мостове и безопасността за даденост. Понякога обаче се случват катастрофи, принуждаващи ги да променят своята гледна точка. На 1 юли 1940 г. във Вашингтон бе открит мостът Такома-Наръс. Това е висящият мост, третият по големина в света за времето си. По време на строителството мостът е наречен „Галопиране“ на Герти, защото се е люлеел и се е навел на вятъра. Тази вълнообразна колебание в крайна сметка доведе до падането му. Мостът се срина на 7 ноември 1940 г. по време на буря, след само четири месеца експлоатация. Преди да научите за резонансната честота и факта, че това се дължи на катастрофата на моста Такома-тесния, първо трябва да разберете нещо, наречено хармонично движение.

Когато имате обект, който периодично осцилира напред-назад, ние казваме, че той преживява хармонично движение. Един отличен пример за проявлението на резонанс, изпитващ хармонично движение, е свободна пружинна суспензия с прикрепена към нея маса. Масата кара пружината да се простира надолу, докато накрая пружината се свие, за да се върне в първоначалната си форма. Този процес продължава да се повтаря и казваме, че пружината е в хармонично движение. Ако гледате видеото от моста Такома-Narrows, ще видите, че той се поколеба, преди да се срути. Той премина през хармонично движение, като извор с маса, прикрепена към него.

Резонанс и люлка

Ако веднъж натискате приятеля си на люлка, те ще осцилират няколко пъти и ще спрат след известно време. Тази честота, когато трептенията спонтанно осцилират, се нарича естествена честота. Ако дадете тласък всеки път, когато приятелят ви се върне при вас, той ще се люлее по-високо и по-високо. Натискате с честота, подобна на естествената честота, а амплитудата на трептенията се увеличава. Това поведение се нарича резонанс.

Без съмнение, това е един от примерите за полезен резонанс. Наред с други неща, загряване на храна в микровълнова печка, антена на радио приемник, който получава радио сигнал, свири на флейта.

Всъщност има и много лоши примери. Разрушаването на стъклото с висок тонален звук, унищожаването на мост от лек бриз, падането на сградите по време на земетресения са всички примери за резонанс в живота, които са не само вредни, но и опасни, в зависимост от силата на удара.

Разрушителна сила на звука

Много хора вероятно са чували, че една чаша за вино може да бъде разбита с гласа на оперната певица. Ако леко удряте чашата с лъжица, тя ще „звъни“ като камбана на резонансната й честота. Ако стъклото е звуково налягане с определена честота, то започва да вибрира. Тъй като стимулът продължава, вибрациите в стъклото се натрупват, докато се сгънат, когато механичните граници са надвишени.

Примери за полезен и вреден резонанс навсякъде. Микровълните обграждат всичко от микровълновата фурна, която загрява храната без използването на външна топлина, до вибрации в земната кора, водещи до опустошителни земетресения.