Ռեզոնանս

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search
HS Disambig.svg Անվան այլ կիրառումների համար տես՝ Ռեզոնանս (այլ կիրառումներ)
Ռեզոնանսի էֆեկտը արտաքին ազդեցության և մարման գործակցի տարբեր հաճախությունների համար

Ռեզոնանս (ֆր.՝ resonance, լատ.՝ resonare - «արձագանքում եմ»), տատանողական համակարգում (մեխանիկական, էլեկտրական և այլն) ստիպողական տատանումների լայնույթի կտրուկ աճի երևույթ, երբ արտաքին պարբերական ազդեցությանբ, հաճախականությունը մոտենում է որոշակի արժեքների, որոնք պայմանավորված են համակարգի հատկություններով[1]։ Էներգիական տեսանկյունից ամպլիտուդի աճը ռեզոնանսի դեպքում բացատրվում է նրանով, որ արտաքին ուժի ազդեցության համապատասխան փուլի ընտրությամբ նպաստավոր պայմաններ են ապահովվում համակարգին առավելագույն հզորություն հաղորդելու համար։ Ռեզոնանսի պարզագույն դեպքը կարելի է դիտարկել ազատության մեկ աստիճան ունեցող համակարգի օգնությամբ: Գծային տատանողական համակարգերի համար ռեզոնանսի հաճախության արժեքները համընկնում է սեփական տատանումների հաճախության հետ, իսկ նրանց թիվը համապատասխանում է ազատության մակարդակների թվին[1]։ Այդպիսի համակարգեր են, օրինակ, զսպանակավոր ճոճանակը (կազմված է զսպանակից և դրանից կախված m զանգվածից) կամ հաջորդաբար միացված ինդուկտիվությունից (L), ունակությունից (C), դիմադրությունից (R) և ներդաշնակ օրենքով փոփոխվող էլեկտրաշարժ ուժի աղբյուրից կազմված էլեկտրական շղթան։ Ռեզոնանսի ազդեցությամբ, տատանողական համակարգը դառնում է ավելի զգայուն հատկապես արտաքին ուժի ազդեցության նկատմամբ: Զգայունության աստիճանը տատանումների տեսության մեջ նկարագրվում է բարորակություն կոչվող մեծությամբ: Ռեզոնանսի միջոցով կարելի է հայտնաբերել կամ ուժեղացնել նույնիսկ ամենաթույլ պարբերական տաատնումները: Ռեզոնանսի երևույթը առաջին անգամ նկարագրվել է Գալիլեյո Գալիլեյի կողմից 1602 թվականին, ճոճանակներին և երաժշտական լարերին վերաբերվող աշխատանքներում:[2][3]

Պատմական ակնարկ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռեզոնանսը ծագում է, երբ համակարգը ունակ է պահպանելու և հեշտորեն փոխանցելու այն էներգիան, որը ծագում է երկու կամ ավելի տարբեր պահպանման ռեժիմներում (այնպսիք, ինչպիսիք են կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաները պարզագույն ճոճանակում): Սակայն լինում են ցիկլից ցիկլ որոշակի կորուստներ, որոնք կոչվում են մարումներ: Երբ մարումը փոքր է, ռեզոնանսային հաճախությունը մոտավորապես հավասար է ոչհարկադրական տատանումների համակարգի սեփական հաճախությանը: Որոշ համակարգեր օժտված են մի քանի ռեզոնանսային հաճախություններով: Ռեզոնանսային երևույթները տեղի են ունենում բոլոր տիպի ալիքներում և տատանումներում՝ մեխանիկական ռեզոնանս, ակուստիկ ռեզոնանս, էլեկտրամագնիսական ռեզոնանս, միջուկային մագնիսական ռեզոնանս (ՄՄՌ), էլեկտրոնների սպինային ռեզոնանս (ԷՍՌ) և քվանտային ալիքների ֆունկցիաների ռեզոնանս: Ռեզոնանսային համակարգերը կարող են օգտագործվել տվյալ հաճախության վիբրացիայի գեներացման համար (օրինակ, երաժշտական գործիքների) կամ բարդ վիբրացիաներից, որոնք պարունակում են բազմաթիվ հաճախություններ, տվյալ հաճախությունների ընդծման համար (օրինակ, զտիչների): Ռեզոնանս տերմինը (լատիներենից resonantia , «արձագանք», resonare-ից «ձայնն անդրադարձնել») սկիզբ է առնում ակուստիկայի բնագավառից, մասնավորապես, դիտվում է երաժշտական գործիքներում, օրինակ, երբ լարերը սկսում են տատանվել և ձայն արձակել առանց նվագողի անմիջական ազդեցության: Երաժշտական նոտա «ռե»-ի անվանումը հնարավոր է ծագել է «ռեզոնանս» բառից, քանի որ այն առաջանում է Հովհաննես Մկրտիչի եկեղեցական հիմնում՝ լատիներենով: Դա կապված է իտալացի միջնադարյան գիտնական Գվիդո դ'Արեցցոյի երաժշտական նոտաների անվանումների հետ[4]:

Օրինակներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ճլորթիով մարդու հրվելը հանդիսանում է ռեզոնանսի տարածված օրինակ: Բեռնավորված ճլորթին, ճոճանակը ունեն տատանումների սեփական հաճախությունը, որի ռեզոնանսային հաճախությունն էլ հենց արագ կամ դանդաղ հակադրվում է հրմանը:

Ընդունված օրինակ է երեխաների խաղահրապարակի տատանումները, որոնք տեղի են ունենում ճոճանակի նման: Մարդու սեղմումը ճոճման ժամանակ տատանման բնական ինտերվալով բերում է նրան, որ ճլորթին ավելի ու ավելի վեր է բարձրանում (մաքսիմալ լայնույթ), այն ժամանակ երբ ավելի արագ կամ դանդաղ տեմպով տատանումների սեղմման փորձերը հանգեցնում են փոքր լայնույթների: Դա բացատրվում է նրանով, որ տատանումներով կլանվող էներգիան մաքսիմալացվում է, երբ հրումները համապատասխանում են բնական տատանումներին: Ռեզոնանսը լայնորեն դիտվում է բնության մեջ և օգտագործվում է շատ արհեստական սարքերում: Դա մեխանիզմ է, որի շնորհիվ գեներացվում են փաստորեն բոլոր սինուսոդային ալիքներն ու վիբրացիաները: Շատ ձայներ, որոնք մենք լսում ենք, օրինակ, երբ իրար են հարվածվում մետաղական, ապակե կամ փայտյա իրերը, այն բանի հետևանքն են, որ այդ օբյեկտներում առաջանում են կարճատև ռեզոնանսային տատանումներ: Թեթև և մեկ այլ կարճատև էլեկտրամագնիսական ճառագայթում առաջանում է ատոմի մասշտաբով, այնպիսիք ինչպիսին էլեկտրոններն են: Ռեզոնանսի այլ օրինակներ՝

Թաքոմ-Նինրոուզի կամուրջ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կտրուկ տեսանելի, ռիթմիկ ոլորում, որը բերել է 1940 թվականին օրիգինալ Թաքոմ-Նինրոուզի կամրջի փլուզմանը, այն որոշ դասագրքերում բերված է որպես ռեզոնանսի օրինակ, որը շփոթություն է առաջացնում: Կատաստրոֆիկ վիբրացիաները, որոնք կամուրջներ են փլուզել, կախված են ոչ թե պարզ մեխանիկական ռեզոնանսի հետ, այլ նրա միջով անցնող քամիների և կամրջի ավելի բարդ փոխազդեցության հետ՝ երևույթ, որը կոչվում է աէորոառաձգական դողերոցք, որը հանդիսանում է իր բնույթով «ինքնապահպանվող վիբրացիա» և տատանումների ոչգծային տեսության մեջ այդպես է հիշատակվում: Ռոբերտ Ռիչարդ Սկանլանը, որը աէրոդինամիկ կամուրջների հայրն է, այս թյուրիմածության մասին հոդված ունի[5]:

Միջազգային տիեզերական կայան[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

ՄՏԿհրթիռային շարժիչները ղեկավարվում են ավտոպիլոտով: Սովորաբար «Զվեզդա» մոդուլի շարժիչի համակարգված ղեկավարման համար ներմուծված պարամետրերը ստիպում են, որպեսզի շարժիչներին բարձրանալ ավելի բարձր ուղեծրեր: Հրթիռային շարժիչները ունեն հոդակապով միացում, և անձնակազմը չի նկատում իրականցված օպերացիան: Սակայն, 2009 թվականի հունվարի 14-ին ներմուծված պարամետրերը շարժիչին տիպեցին տարուբերվել համարյա 0,5 Հց հաճախությամբ, բավականին նկատելի տատանումներով: Այս տատանումները տեսաձայնագրվել են և տևել համարյա 142 վայրկյան[6]:

Ռեզոնանսի տիպեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Մեխանիկական և ակուստիկ ռեզոնանս[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Դպրոցական ռեզոնանսային փորձարկում

Մեխանիկական ռեզոնանսը հատուկ է մեխանիկական համակարգին, որի դեպքում էներգիա է կլանվում, երբ նրա տատանումների հաճախությունը համապատասխանում է համակարգի սեփական տատանումների հաճախությանը: Դա կարող է հանգեցնել ուժեղ տատանողական շարժումների և նույնիսկ, անավարտ կոնստրուկցիաներում կատաստրոֆիկ փլուզումների, ներառյալ կամուրջները, շենքերը, գնացքները և ինքնաթիռները: Ինժեներները օբյեկտների նախագծման ժամանակ պետք է ապահովեն, որ բաղկացուցիչ մասերի մեխանիկական ռեզոնանսային հաճախությունները չհամապատասխանեն շարժիչների կամ այլ տատանվող մասերի տատանումների հաճախությանը, երևույթ, որը հայտնի է ռեզոնանսային արհավիրք անվանումով: Յուրաքնչյուր շենքի, աշտարակի, կամրջի կառուցման նախագծում լուրջ խնդիր է հանդիսանում ռեզոնանսային արհավիրքի շրջանցումը: Որպես հակամիջոց, հարվածամեղմիչները կարող են տեղադրվել ռեզոնանսային հաճախությունների կլանման համար և, այսպիսով ցրեն կլանված էներգիան: Taipei 101 շենքը հենված է 660 տոննանոց ճոճանակի վրա, որի յուղային մարիչը (դեմպֆեր) ռեզոնանսի վերացման համար է: Բացի դրանից, այն նախատեսված է այնպիսի հաճախության ռեզոնանսի համար, որը սովորաբար չի առաջանում: Սեյսմիկ գոտիներում գտնվող շենքերը հաճախ կառուցվում են հաշվի առնվելով շարժվող գրունտի տատնողական հաճախությունները: ժամացույցները դիմանում են հավասարակշռիչ անիվում, ճոճանակում կամ կվարցե բյուրեղում մեխանիկական ռեզոնանսին: Ենթադրվում է, որ վազորդների կադենցիան էներգիական տեսակետից շահավետ է, ներքին վերջավորություններում պահեստավորված առաձգական էներգիայի և վազորդի մարմնի միջև առաջացող ռեզոնանսի պատճառով: Ակուստիկ ռեզոնանսը մարդու համար լսելի ձայնային տիրույթի՝ 20 Հց-ից մինչև 20 000 Հց հաճախային դիապազոնում ընկած տատանումների հետ կապված մեխանիկական ռեզոնանսի ճյուղ է: Այս դիապազոնում շատ նյութեր ու մարմիններ հանդես են գալիս որպես ռեզոնատորներ, և հարվածի դեպքում մեխանիկորեն տատանվում են, սեղմելով շրջապատի օդը և առաջացնելով ձայնային տատանումներ[7]: Սարքաշինության համար ակուստիկ ռեզոնանսը համարվում է կարևորագույնն հասկացություն, քանի որ ակուստիկ գործիքներից շատերը ռեզոնատորներ են՝ ջութակի լարերն ու իրանը, ֆլեյտայի ձողը, թմբուկի մեմբրանի ձևն ու ձգվածությունը: Մեխանիկական ռեզոնանսին համանման, ակուստիկը կարող է բերել օբյեկտի կատաստրոֆիկ կործանմանը: Սրա դասական օրինակ է հանդիսանում բաժակի ջարդվելը ձայնային ալիքով, չնայած պրակտիկայում այն բավական դժվար է[8]: Ակուստիկ համակարգերի և բարձրախոսների համար առանձին մասերի (կորպուսի, դիֆուզորի) ռեզոնանսը հանդիսանում է անցանկալի երևույթ, քանի որ վատացնում է սարքի լայնույթա-հաճախային բնութագիրը և ձայնաարձակման ճշգրտությունը: Որպես բացառություն կարելի է նշել փուլաինվերտորի ակուստիկ համակարգը, որում ստեղծվում է ռեզոնանս ցածր հաճախությունների վերարտադրման լավացման համար:

Մեխանիկա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Որպեսզի զերծ մնանք մեխանիկական ռեզոնանսից, տեղադրվում են երկու իրար զուգահեռ, տարբեր կոշտությամբ զսպանակներ:

Էլեկտրական ռեզոնանս[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Էլեկտրական ռեզոնանսը շղթայում ցուցադրող անիմացիա, շղթան բաղկացած է (C) ունակությամբ կոնդենսատորից և (L) ինդուկտիվությամբ կոճից: Լիցքը հոսում է առաջ և հետ կոճով դեպի կոնդենսատոր: Էներգիան նույնպես տատանվում է կոնդենսատորի էլեկտրական դաշտի ( E ) լարվածության և կոճի մագնիսական դաշտի ( B ) ինդուկցիայի միջև:

Էլեկտրական ռեզոնանսը առաջանում է որոշակի ռեզոնանսային հաճախությամբ էլեկտրական շղթայում, երբ անթույլատրության արժեքը մինիմալ է հաջորդական շղթաների և մաքսիմալ՝ զուգահեռ կոնտուրներում: Շղթաներում ռեզոնանսը օգտագործվում է հեռուստատեսության, բջջային հեռախոսների և ռադիոյի անլար կապի փոխանցման և ընդունման ժամանակ[9]:

Օպտիկական ռեզոնանս[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ուղեծրային ռեզոնանս[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ատոմային, մասնիկային և մոլեկուլային ռեզոնանս[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տեսություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

"Universal Resonance Curve", a symmetric approximation to the normalized response of a resonant circuit; abscissa values are deviation from center frequency, in units of center frequency divided by 2Q; ordinate is relative amplitude, and phase in cycles; dashed curves compare the range of responses of real two-pole circuits for a Q value of 5; for higher Q values, there is less deviation from the universal curve. Crosses mark the edges of the 3 dB bandwidth (gain 0.707, phase shift 45° or 0.125 cycle).

Ռեզոնատորներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Q-ֆակտոր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռեզոնանսը բնության մեջ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռեզոնանս հաճախ է հանդիպում բնության մեջ և շատ կարևոր նշանակություն ունի տեխնիկայում։ Կառույցների և մեքենաների մեծ մասն ընդունակ է սեփական տատանումներ կատարելու, այդ պատճառով արտաքին պարբերական ազդեցությունները կարող են դրանցում առաջացնել ռեզոնանս․ (օրինակ, կամուրջի ռեզոնանս զինվորական շարասյուն կամ գնացք անցնելիս)։ Բոլոր դեպքերում ռեզոնանս հանգեցնում է կառույցի ստիպողական տատանումների ամպլիտուդի կտրուկ աճին և կարող է նույնիսկ աղետի պատճառ լինել։ Ռեզոնանսի այս վնասակար ազդեցությունը վերացնելու նպատակով համակարգի հատկություններն ընտրում են այնպես, որ նրա նորմալ հաճախականությունները հեռու լինեն արտաքին ազդեցության հնարավոր հաճախականություններից կամ դիմում են հակառեզոնանսի երեույթին՝ կիրառելով տատանումների կլանիչներ կամ հանդարտիչներ։ Շատ դեպքերում ռեզոնանս դրական դեր է կատարում, օրինակ, այն ռադիոկայանների համալարման նպատակով կիրառվող համարյա միակ մեթոդն է ռադիոտեխնիկայում։

Տես նաև[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տեսադաս՝ ռեզոնանս

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. 1,0 1,1 Резонанс // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 4. — С. 308. — 704 с. — ISBN 5-85270-087-8
  2. Andrea Frova and Mariapiera Marenzana (2006)։ Thus spoke Galileo: the great scientist's ideas and their relevance to the present day։ Oxford University Press։ էջեր 133–137։ ISBN 978-0-19-856625-0 
  3. Stillman Drake, Noel M. Swerdlow, and Trevor Harvey Levere (1999)։ Essays on Galileo and the history and philosophy of science։ University of Toronto Press։ էջեր 41–42։ ISBN 978-0-8020-7585-7 
  4. McNaught W. G. (1893)։ «The History and Uses of the Sol-fa Syllables»։ Proceedings of the Musical Association (London: Novello, Ewer and Co.) 19: 35–51։ ISSN 0958-8442 
  5. K. Yusuf Billah and Robert H. Scanlan (1991)։ «Resonance, Tacoma Narrows Bridge Failure, and Undergraduate Physics Textbooks» (PDF)։ American Journal of Physics 59 (2): 118–124։ Bibcode:1991AmJPh..59..118B։ doi:10.1119/1.16590։ Վերցված է 2011-05-29 
  6. Oberg James (4 February 2009)։ «Shaking on Space Station Rattles NASA»։ NBC News 
  7. Snyder, Farley (2011)։ «Energetically optimal stride frequency in running: the effects of incline and decline»։ The Journal of Experimental Biology 214: 2089–95։ PMID 21613526։ doi:10.1242/jeb.053157։ Վերցված է 1 Sep 2014 
  8. Breaking Glass with Sound
  9. «The Physics Of Resonance»։ Intuitor։ Վերցված է 10 July 2017 

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  • Richardson LF (1922), Weather prediction by numerical process, Cambridge.
  • Bretherton FP (1964), Resonant interactions between waves. J. Fluid Mech., 20, 457—472.
  • Бломберген Н. Нелинейная оптика, М.: Мир, 1965. — 424 с.
  • Захаров В. Е. (1974), Гамильтонов формализм для волн в нелинейных средах с дисперсией, Изв. вузов СССР. Радиофизика, 17(4), 431—453.
  • Арнольд В. И. Потеря устойчивости автоколебаний вблизи резонансов, Нелинейные волны / Ред. А. В. Гапонов-Грехов. — М.: Наука, 1979. С. 116—131.
  • Kaup PJ, Reiman A and Bers A (1979), Space-time evolution of nonlinear three-wave interactions. Interactions in a homogeneous medium, Rev. of Modern Phys, 51(2), 275—309.
  • Haken H (1983), Advanced Synergetics. Instability Hierarchies of Self-Organizing Systems and devices, Berlin, Springer-Verlag.
  • Филлипс O.М. Взаимодействие волн. Эволюция идей, Современная гидродинамика. Успехи и проблемы. — М.: Мир, 1984. — С. 297—314.
  • Журавлёв В. Ф., Климов Д. М. Прикладные методы в теории колебаний. — М.: Наука, 1988.
  • Нелинейные волновые взаимодействия в оптике и радиофизике
  • Брюно А. Д. Ограниченная задача трёх тел. — М.: Наука, 1990.
  • Широносов В. Г. Резонанс в физике, химии и биологии. — Ижевск: Издательский дом «Удмуртский университет», 2000. — 92 с.
  • Резонанс // Музыкальная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1978. — Т. 4. — С. 585—586. — 976 с.

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից։ CC-BY-SA-icon-80x15.png
  • Определение резонанса - «Увеличение амплитуды колебаний электрической или механической системы, подверженной периодической силе, частота которой равна или очень близка к естественной незатухающей частоте системы».
  • Резонанс - глава из онлайн-учебника
  • Грин, Брайан , « Резонанс в струнах ». Элегантная Вселенная , NOVA ( PBS )
  • Секция гиперфизики по концепциям резонанса
  • Резонанс против резонанса (использование терминов)
  • Вуд и Воздушный резонанс в клавесине
  • Java-апплет, демонстрирующий резонансы на струне при изменении частоты движущей силы
  • Java-апплет, демонстрирующий возникновение резонанса, когда частота возбуждения совпадает с собственной частотой генератора
  • Ломающее стекло со звуком , включая высокоскоростные кадры из стекла