Что такое резонанс?
Вполне привычная картина – концертный зал, на сцене скрипач-виртуоз, зал заполнен многочисленными любителями музыки, внимающими чарующим звукам. Не касаясь мастерства исполнителя, все происходящее становится возможным благодаря эффекту акустического резонанса. Так что такое резонанс?
При упоминании этого термина сразу же вспоминается старинная история о разрушении моста ротой марширующих солдат. Бойцы, взойдя на него, продолжали идти строевым шагом, в ногу. В результате мост разрушился.
Или самая обычная картинка – ребенок на качелях. И кто-то рядом, раскачивающий их. Незначительные усилия, прикладываемые в нужный момент, позволяют добиться большой амплитуды колебаний и доставить малышу огромное удовольствие.
Не вдаваясь в математическое описание происходящего явления, попробуем качественно понять, что такое резонанс. Учебник физики определяет этот эффект как усиление амплитуды колебаний системы при совпадении частоты внешнего воздействия и собственной частоты. Небольшое пояснение. Частота колебаний – число колебаний в секунду.
Да, не совсем понятно, слова вроде бы все знакомые – резонанс, физика, частота собственных колебаний. А что это значит?
Для простоты восприятия вспомним другой пример – между двух опор (пусть это будут два берега ручья) лежит длинная широкая доска, она немного покачивается, колеблется, но выглядит надежной. Перейти через ручей вроде бы просто, вставай на доску и иди. Но вот какая незадача. При какой-то определённой скорости движения, или по-другому говоря, частоте шагов, доска начинает сильно раскачиваться, угрожая сбросить ходока. В этом случае опять выполняются условия резонанса – частота колебаний самой доски совпадает с частотой шагов пешехода. В результате амплитуда колебаний значительно увеличивается, итогом такого усиления могут стать неожиданные водные процедуры.
Подобное явление чрезвычайно широко распространено в самых разных областях. В электронике, медицине, в музыке, с чего и началось описание эффекта резонанса. Такое явление зачастую бывает полезным, позволяя, например, усиливать слабый сигнал. Звук струны скрипки усиливается ее корпусом, выступающим как резонатор, т.е. усилитель на какой-то определенной частоте. А звук самой скрипки усиливается благодаря хорошей акустике помещения.
Немного другое применение резонанса – усиление сигнала радиостанции. Опять все просто. Радиоволны доносят сигнал до антенны, оттуда он поступает в специальный входной контур, изменяя параметры которого можно усиливать сигнал нужной частоты. Этим мы и занимаемся, когда крутим ручку настройки приемника в поисках нужной нам радиостанции. В результате такого усиления сигнал выделенной радиостанции становится сильнее и успешно воспринимается приемником.
Из приведенных примеров становится понятным ответ на вопрос о том, что такое резонанс. Это общее увеличение усилия, полученное благодаря синхронизации возможностей самой системы и внешнего воздействия. Как итоговый пример – попытка выбраться из грязи на автомобиле методом “раскачки”. Водитель начинает попеременно двигаться на машине вперед и назад. Назад, затем разгон вперед, при неудаче опять разгон, но уже назад, и опять вперед. При таком подходе мощность двигателя суммируется с инерцией движения и во многих случаях позволяет преодолеть трудное место.
Даже того скромного количества приведенных примеров достаточно для понимания того, насколько широко применяется явление резонанса в технике и повседневной жизни.
В приведенном материале дан ответ на вопрос о том, что такое резонанс. Рассмотрены примеры проявления резонансных явлений в различных областях техники и культуры.