Резонанс
Явление резонанса заключается в том, что амплитуда установившихся вынужденных колебаний достигает наибольшего значения, когда частота вынуждающей силы равна собственной частоте колебательной системы.
Отличительной особенностью вынужденных колебаний является зависимость их амплитуды от частоты изменения внешней силы. Для изучения этой зависимости можно воспользоваться установкой, изображённой на рис. 59. На кривошипе с ручкой укреплён пружинный маятник. При равномерном вращении ручки на груз через пружину передаётся действие периодически изменяющейся силы. Изменяясь с частотой, равной частоте вращения ручки, эта сила заставит груз совершать вынужденные колебания. Если вращать ручку кривошипа очень медленно, то груз вместе с пружиной будет перемещаться вверх и вниз так же, как и точка подвеса 
. Амплитуда вынужденных колебаний при этом будет невелика. При более быстром вращении груз начнёт колебаться сильнее, и при частоте вращения, равной собственной частоте пружинного маятника 
, амплитуда его колебаний достигнет максимума. При дальнейшем увеличении частоты вращения ручки амплитуда вынужденных колебаний груза опять станет меньше.
Резонанс возникает из-за того, что внешняя сила, действуя в такт со свободными колебаниями тела, всё время совершает положительную работу. За счёт этой работы энергия колеблющегося тела увеличивается, и амплитуда колебаний возрастает.
Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при 
называется резонансом.
Изменение амплитуды колебаний в зависимости от частоты при одной и той же амплитуде внешней силы, но при различных коэффициентах трения 
изображено на рис. 60, где кривой 1 соответствует минимальное значение , кривой 3 — максимальное.
Из рис. 60 видно, что о резонансе имеет смысл говорить, если затухание свободных колебаний в системе мало. Иначе амплитуда вынужденных колебаний при 
мало отличается от амплитуды колебаний при других частотах.
Явление резонанса может быть крайне опасным. Так, например, в 1750 г. близ города Анжера во Франции через цепной мост длиной 102 м шел в ногу отряд солдат. Частота их шагов совпала с частотой свободных колебаний моста. Из-за этого размахи колебаний моста резко увеличились (наступил резонанс), и цепи оборвались. Мост обрушился в реку. В 1830 г. по той же причине обрушился подвесной мост около Манчестера в Англии.
Теперь для предотвращения подобных случаев войсковым частям при переходе через мост приказывают «сбить ногу», идти не строевым, а вольным шагом.
Если же через мост проезжает поезд, то, чтобы избежать резонанса, он проходит его либо на медленном ходу, либо, наоборот, на максимальной скорости (чтобы частота ударов колёс о стыки рельсов не оказалась равной собственной частоте моста).
Явление резонанса встречается не только на суше, но и в море, и даже в воздухе. Так, например, при некоторых частотах гребного вала в резонанс входили целые корабли. А на заре развития авиации некоторые авиационные двигатели вызывали столь сильные резонансные колебания частей самолёта, что он разваливался в воздухе.
Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:
Возможно эти страницы вам будут полезны:
| Затухающие колебания в физике |
| Вынужденные колебания в физике |
| Упругие волны (механические волны) в физике |
| Длина и скорость волны в физике |
