Каждый из нас неоднократно слышал слово «резонанс» и его производные в различных контекстах. Например, «мне резонируют твои мысли», «резонатор», «резонансные новости», «общественный резонанс», «магнитно-резонансный томограф», «резонансное событие», «орбитальный резонанс». Перечисленные фразы вплелись в повседневный лексикон и воспринимаются уже как нечто привычное. На обыденном уровне значение слова понимается несколько поверхностно. А вот когда дело доходит до практического изучения, например при рассмотрении темы «резонанс в физике», то у многих студентов возникает каша в голове. Действительно, стандартное определение данного понятия может вызвать затруднения. Сегодня мы постараемся упростить задачу и попробуем объяснить, что такое резонанс в физике «для чайников» максимально доступным языком.
Колебания и частота
По официальной версии человеком, который в 1602 году впервые охарактеризовал явление резонанса, был небезызвестный Галилео Галилей — итальянский физик и по совместительству математик, механик, астроном, философ. В качестве объектов исследования он выбрал маятники и музыкальные струны, а результаты открытий отобразил в своих трудах.
Экспериментальным путем ученый открыл законы колебания маятника, которые сегодня изучают на уроках физики в каждой школе. В свою очередь колебания — это повторяющийся процесс изменения состояний системы около точки равновесия. Интенсивность и степень изменений во временном промежутке может быть разной. Основными характеристиками колебания являются амплитуда и частота.
Слово резонанс в переводе означает «отклик или откликаюсь». У каждого колеблющегося тела есть определенная частота колебаний, которая под внешним воздействием способна менять амплитуду. Чем больше сила внешнего воздействия, тем отзывчивее колебательная система. Чтобы представить, как это выглядит, вспомните выражение «раскачивать маятник», затем мысленно толкните его, чтобы привести в движение и получить отклик. От силы и периодичности толчков будет зависеть частота и амплитуда колебаний. Еще один простой пример системы механических колебаний, знакомый всем из детства — это обычные качели.
Классификация колебаний по видам:
- Свободные или собственные. После того, как вывести систему один раз из состояния равновесия, колебания будут происходить за счет запасов собственной энергии и затем затухнут. Например, однократно раскачанные качели, любой предмет, подвешенный на нитку или пружину.
- Вынужденные. Из названия уже понятно, что колебания возникают в результате периодического внешнего воздействия. Вынужденные колебания часто приводят к резонансу, когда амплитуда колебаний резко возрастает и одновременно совпадает с частотой внешней силы.
- Автоколебания. В данном случае, колебания совершаются по заданной амплитуде за счет имеющихся запасов потенциальной энергии в самой системе. Пронаблюдать это можно на примере механических часов.
Суть явления резонанса
Вся суть явления резонанса в физике зашифрована в научном определении, которое кажется на первый взгляд сложным и запутанным. Резонанс выражается в частотно-избирательном отклике на периодическое внешнее воздействие. Этот отклик или отзывчивость характеризуется резким увеличением амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешних сил.
Для понимания сути в упрощенном виде, вспомним все те же качели, которые качаются с определенной амплитудой и частотой. Примером собственной частоты колебания тела будет тот случай, когда качели толкнули один раз для вывода из равновесия и далее она сама качается без применения посторонних усилий до тех пор, пока не остановится. Но если намеренно совершить вынужденные действия и начать раскачивать в такт направлению в фазе движения произойдет тот самый механический резонанс с резким возрастанием амплитуды. Чем сильнее раскачивать, тем сильнее вы взлетаете на качели.
Примеры резонанса
<p «>Явления резонанса не считаются чем-то редкостным, они окружают нас в повседневной жизни. Кроме типичных примеров с маятником и качелями, данный физический процесс возникает в струнных музыкальных инструментах, электрических цепях, акустических устройствах, оптических резонаторах, астрофизике, при микроволновом излучении.
Вот мы и рассмотрели тему с резонансом. Надеемся, теперь вы не «чайник» и у вас сложилась общая картина, помогающая понять природу физического явления. А если все еще остались вопросы или нужна профессиональная помощь не только по физике, а и по другим дисциплинам — смело оставляйте заявку студенческий сервис, специалисты которого с удовольствием помогут с написанием рефератов, контрольных, курсовых, дипломов и других видов студенческих работ.
