Příklady rezonance v životě

Jak ovlivňují zvukové a světelné vlny rezonance? Co jsou vibrace a rezonanční frekvence objektů? Jaké každodenní příklady rezonance lze nalézt v životě? Jak rozbít sklenici hlasem? Pokud se podíváte pozorněji, můžete vidět příklady rezonance všude. Zde jsou jen některé z nich jsou prospěšné, zatímco jiné - škodí.

Co je to rezonance?

Přemýšleli jste někdy o tom, jak lidé vytvářejí krásnou hudbu s obyčejnými brýlemi? Vzhledem k tomu, že zvukové vlny zvyšují náraz na sklo, může se dokonce přerušit. Světelné vlny také interagují zvláštním způsobem s objekty kolem nich. Chování zvukových a světelných vln vysvětluje, proč lidé slyší zvuky hudebních nástrojů a odlišují barvy. Změny v amplitudě vlny jsou způsobeny důležitou zásadou nazývanou rezonance. Příklady ovlivňování přenosu zvuku a světla jsou vibrace.

Zvuková vlna pochází z mechanických vibrací v pevných látkách, kapalinách a plynech. Světelné vlny vycházejí z vibrací nabitých částic. Objekty, nabité částice a mechanické systémy obvykle mají určitou frekvenci, při které mají tendenci vibrovat. To se nazývá jejich rezonanční frekvence nebo jejich vlastní frekvence. Některé objekty mají dvě nebo více rezonančních frekvencí. Příklad rezonance: Když jedete na nerovnou silnici a vaše auto začne skákat nahoru a dolů - toto je příklad oscilování vašeho vozu při jeho rezonanční frekvenci nebo spíše rezonanční frekvenci tlumiče nárazů. Můžete si všimnout, že při jízdě autobusem je frekvence odskoku o něco pomalejší. Je to proto, že klapky pneumatik mají nižší rezonanční frekvenci.

Když zvuk nebo světlá vlna udeří předmět, již vibruje na určité frekvenci. Pokud tato frekvence odpovídá rezonanční frekvenci objektu, bude to mít za následek, že získáte rezonanci. Dochází k němu, když se zvětšuje amplituda kmitů objektu v důsledku odpovídajících oscilací jiného objektu. Toto spojení je obtížné si představit bez příkladu.

Rezonance a světelné vlny

Vezměte například typickou světelnou vlnu (to je proud bílého světla pocházející ze slunce) a přejděte ji k tmavému objektu, ať je to černý had. Molekuly v plazivé kůži mají množinu rezonančních frekvencí. To znamená, že elektrony v atomu mají tendenci vibrovat na určitých frekvencích. Světlo vycházející ze slunce je bílé světlo, které má více frekvencí.

Mezi ně patří červená a zelená, modrá a žlutá, oranžová a fialová. Každá z těchto frekvencí má vliv na hadovou kůži. A každá frekvence vede k vibracím jiného elektronu. Žlutá frekvence rezonuje s elektrony, jejichž rezonanční frekvence je žlutá. Modrá frekvence rezonuje s elektrony, jejichž rezonanční frekvence je modrá. Takže hadová kůže obecně rezonuje se slunečním světlem. Had se objevuje černě, protože jeho pokožka pohlcuje všechny frekvence slunečního světla.

Když světlé vlny rezonují s objektem, způsobují, že elektrony vibrují s velkými amplitudami. Světelná energie je absorbována objektem a není viditelné pro lidské oko, že se světlo vrátí. Objekt vypadá černě. Co když objekt neabsorbuje sluneční světlo? Co když žádný z jeho elektronů rezonuje se světelnými frekvencemi? Pokud nedojde k rezonanci, obdržíte přenos, přenos světelných vln přes objekt. Sklo je průhledné, protože neabsorbuje sluneční světlo.

Světlo stále způsobuje vibrace elektronu. Ale protože neodpovídá rezonančním frekvencím elektronů, kmity jsou velmi malé a procházejí od atomu k atomu celým objektem. Objekt bez rezonance bude mít nulovou absorpci a 100% přenos, například sklo nebo vodu.

Hudba a zvuková vlna rezonance

Rezonance zvuku pracuje stejně jako u světla. Když jeden objekt vibruje na frekvenci druhého objektu, pak první způsobí druhou vibraci s vysokou amplitudou. Takže je zde akustická rezonance. Příkladem je hrát na jakémkoli hudebním nástroji. Akustická rezonance je zodpovědná za hudbu vytvořenou trubkou, flétnou, trombonem a mnoha dalšími nástroji. Jak tento úžasný jev funguje? Můžeme dát příklad rezonance, která má pozitivní účinek.

Chodíte-li do katedrály, kde hraje varhany, můžete vidět, že celou zeď je plná obrovských trubek všech velikostí. Některé z nich jsou velmi krátké, zatímco jiné dosahují stropu. K čemu jsou všechny trubky? Když se začne hrát krásná hudba, lze pochopit, že zvuk vychází z trubek, je to velmi hlasitý a zdá se, že naplňuje celou katedrálu. Jak mohou takové trubky znít tak hlasitě? Akustická rezonance je vinu za všechno a není to jediný nástroj, který využívá tento úžasný jev.

Tvorba zvukových vln

Chcete-li pochopit, co se děje, musíte nejprve něco vědět o tom, jak zvuk cestuje vzduchem. Zvuková vlna se vytváří, když něco způsobuje vibrace molekul vzduchu. Pak se tato vibrace pohybuje jako vlna směrem ven ve všech směrech. Když vlna prochází vzduchem, existují oblasti, kde se molekuly smršťují blíže a oblasti, kde jsou molekuly od sebe vzdálenější. Vzdálenost mezi následnými kompresemi nebo expanzemi je známa jako vlnová délka. Frekvence je měřena v jednotkách Hertz (Hz) a jedna Hertz odpovídá rychlosti komprese jedné vlny za sekundu.

Lidé mohou detekovat zvukové vlny s kmitočty od 20 do 20 000 Hz! Nicméně, ne všichni zní stejně. Některé zvuky jsou vysoké a skvrnité, zatímco jiné jsou nízké a hluboké. To, co skutečně slyšíte, je rozdíl ve frekvenci. Tak jak se frekvence vztahuje k vlnové délce? Rychlost zvuku se mírně liší podle teploty vzduchu, ale obvykle je asi 343 m / s. Vzhledem k tomu, že všechny zvukové vlny se pohybují se stejnou rychlostí, bude frekvence s rostoucí vlnovou délkou klesat a bude se zvyšovat s klesající vlnovou délkou.

Škodlivou rezonancí: příklady

Často lidé berou stavbu mostů a bezpečnost jako samozřejmost. Někdy se však objevují katastrofy a nutí je, aby změnili svůj názor. 1. července 1940 byl ve Washingtonu otevřen Most Tacoma-Narrows. Byl to závěsný most, třetí největší na světě za svůj čas. Během výstavby byl most přezdívaný Gertieho Galloping kvůli tomu, jak se houpal a ohýbal se ve větru. Toto zvlněná vlna nakonec vedla k jeho pádu. Most se zhroutil 7. listopadu 1940 během bouře, po pouhých čtyřech měsících provozu. Předtím, než se dozvíte o rezonanční frekvenci a skutečnosti, že je to kvůli katastrofě mostu Tacoma-Narrows, musíte nejprve pochopit něco nazývaného harmonický pohyb.

Když máte objekt, který pravidelně osciluje tam a zpět, říkáme, že dochází k harmonickému pohybu. Jedním z vynikajících příkladů prokázání rezonance zažívajícího harmonický pohyb je volný závěsný pružin s hmotou připojenou k němu. Hmotnost způsobí, že se pružina natáhne dolů, dokud se nakonec pružina nezmizí, aby se vrátila do původního tvaru. Tento proces se opakuje a říkáme, že pružina je v harmonickém pohybu. Pokud sledujete video z mostu Tacoma-Narrows, uvidíte, že předtím, než se zhroutí, zaváhal. Prošel harmonickým hnutím, jako pramen s hmotou připojenou k němu.

Rezonance a houpačka

Pokud jednou stlačíte svého přítele na houpačce, bude několikrát oscilovat a po chvíli se zastaví. Tato frekvence, když oscilace spontánně osciluje, se nazývá přirozená frekvence. Pokud pod tlakem pokaždé, když se k vám vrátí váš přítel, bude se houpat výš a výš. Stisknete tlačítko s frekvencí podobnou přirozenému kmitočtu a amplituda kmitů se zvýší. Toto chování se nazývá rezonance.

Nepochybně je to jeden z příkladů užitečné rezonance. Mezi jiné věci, ohřívání jídla v mikrovlnné troubě, anténa na rádiovém přijímači, který přijímá rádiový signál, hraje na flétnu.

Ve skutečnosti existuje také mnoho špatných příkladů. Zničení skla vysokým zvukovým tónem, zničení mostu mírným vánek, zhroucení budov při zemětřesení jsou všechny příklady rezonance v životě, které jsou nejen škodlivé, ale také nebezpečné, v závislosti na síle nárazu.

Zničující síla zvuku

Mnozí z nich pravděpodobně slyšeli, že sklenice na víno může být přerušeno hlasem operního zpěváka. Pokud lehce udeříte sklenici lžící, bude "zazvonit" jako zvon na jeho rezonanční frekvenci. Pokud je sklo akustickým tlakem na určité frekvenci, začne vibrovat. Vzhledem k tomu, že stimul pokračuje, dochází k akumulaci vibrací ve skle, dokud nedojde k zhroucení při překročení mechanických mezí.

Příklady užitečné a škodlivé rezonace všude. Mikrovlny obklopují vše od mikrovlnné trouby, která ohřívá jídlo bez použití vnějšího tepla, k vibracím v kůře, což vede k ničivým zemětřesením.