Rezonance je fyzikální jev, ke kterému dochází při působení síly na systém s frekvence rovné nebo velmi blízké základní frekvenci tohoto systému. Rezonance způsobuje a zvýšení amplitudy kmitání větší než je způsobeno jinými frekvencemi.
Jednoduchý příklad, který můžeme uvést, je rezonance mechanických systémů. Abychom uvedli rovnováhu do klidu, aby oscilovala, je zajímavé, že na ni působíme silou pravidelně kdykoli je v nejvyšším bodě. Tímto způsobem se systém přepne na oscilovatvamplitudykaždýotáčet sevětší. Pokud je však síla aplikována s jinou frekvencí, nebudeme mít stejnou účinnost při dodávání energie do této rovnováhy.
Typy rezonance
Existuje několik typů rezonance: mechanika, zvučný,elektrický,magnetické, optické. Podívejte se na některé příklady:
Mechanická rezonance: působení sil v oscilační rovnováze, což způsobí, že osciluje s rostoucími amplitudami.
Rezonancezvuk: produkce harmonické hudebními nástroji.
Rezonanceelektrický: elektrické obvody používané v televizích, rádiích a mobilních telefonech používají kondenzátory a induktory, které lze naladit tak, aby rezonovaly s frekvencemi rádiových vln. Tímto způsobem je možné zachytit a zvýšit amplitudu těchto vln a reprodukovat informace v nich obsažené.
Magnetická rezonance: tento typ rezonance vzniká, když je na atomová jádra aplikováno statické magnetické pole s vysokou intenzitou. Poté oscilující magnetické pole způsobí rezonanci protonů, přičemž se vyzařuje záření schopné vytvářet ostré obrazy různých typů tkání.
Rezonanceoptika: se objevuje v reflexních dutinách a lze jej použít ke zvýšení amplitudy světla, čímž se vytvoří vysoce intenzivní světelné paprsky, jako je např. laser.
magnetická rezonance
THE rezonancemagnetický je fyzikální jev kvantového původu, který vzniká díky vlastnosti přítomné v protonech a elektronech tzv roztočit. Ó roztočit Jedná se o druh magnetické pole vnitřní přítomné v několika částicích. Když jsou tyto částice vystaveny intenzivnímu vnějšímu magnetickému poli, jejich se točí seřadit ve tvaru paralelní nebo naproti do vnějšího magnetického pole, přičemž se přitom vyzařuje malé množství energie, kterou lze detekovat moderními přístroji magnetické rezonance. Tyto testy lze použít k poskytnutí podrobností o vnitřní struktuře orgánů a tkání, které nelze vidět na testech, jako je CT sken nebo rentgen.
Magnetická rezonance vzniká z kvantové vlastnosti částic nazývané spin.
Zvuková nebo akustická rezonance
THE rezonancezvučný k tomu dochází, když se emitujícímu zdroji podaří vysílat vlny na frekvencích velmi blízkých frekvenci vlastní oscilace přijímače. Tato vlastní frekvence, známá také jako základní frekvence, odpovídá počtu oscilací za sekundu, které jsou schopny produkovat harmonické, tedy vlnové frekvence schopné konstruktivně zasahovat do sebe, čímž dochází k výraznému zvýšení jejich amplitudy.
Na stupněmuzikály jsou příklady harmonické. Každá hudební nota odpovídá harmonické a každá harmonická je násobkem této harmonické frekvencezákladní nástroje. Základní frekvenci nazýváme a menšífrekvence schopen vyrobit stojaté vlny na hudební nástroj.
Vezměme si například rezonanci ve strunách kytary: kontrolujeme-li trakci aplikovanou na strunu, uvolnění popř vytažením jeho ladiček a jeho délky, stisknutím v jednom z jeho čtverců, můžeme vybrat harmonickou, která bude vyrobeno. K produkci těchto harmonických dochází, když strunu uvedeme do oscilace. V tu chvíli se po laně šíří dvě vlny v opačných směrech. Když se odrážejí konce lana, tyto vlny přidatvašeamplitudy (tento jev se nazývá rušení). Tato vibrace se pak přenáší do vzduchu a vytváří zvuk hudebních not.
THE frekvencezákladní struny kytary lze vypočítat pomocí následujícího matematického výrazu:
F – harmonická frekvence
Ne – harmonické číslo
L - délka lana
F – tah působící na lano
μ – lineární hustota struny
m – lanová hmota
Frekvence produkované kytarovými strunami jsou určeny hustotalineární (μ) řetězce podle trakce který je na něm aplikován (F) a jeho délka (L).
Viz také: Co je to echo a reverb?
THE rezonance zvuk se také odehrává v nástrojevfoukat. Tyto nástroje mají rezonanční dutinu tzv trubkazvuk. Existují dva typy zvukových trubic: otevřeno a Zavřeno. Zatímco uzavřené zvukovky mají jeden konec uzavřený, otevřené zvukovky mají otvor na obou stranách.
Ve zvukových trubicích, zvukové vlny odrážejí se od stěn trubice a rezonují, vytvářejí harmonické. Výpočet, který používáme k určení frekvence vyzařované zvukovou trubicí, závisí na tom, zda je trubice otevřená nebo zavřená. Hodinky:
F – harmonická frekvence
proti – rychlost zvuku ve vzduchu
Ne – harmonické číslo
L - délka trubky
Koukni setaky: Naučte se postavit svůj vlastní dechový nástroj.
Pomocí výše uvedených rovnic můžeme snadno určit, které délky uzavřené zvukové trubice vytvářejí harmonické. K tomu je nutné použít experimentální zařízení, jako je to na následujícím obrázku:
Toto zařízení se skládá z vodní nádrže, která komunikuje se zvukovou trubicí pomocí malé hadice. Změnou výšky zásobníku je možné ovládat délku tubusu. Pak stačí přistoupit k a ladička vibruje z této trubice a mění výšku zásobníku, dokud nezaznamenáte zřetelné zvýšení intenzity zvuku. Tak bude možné vědět, které délky trubice vedou k rezonanci a následně k produkci harmonických.
Koukni setaky: Poznejte rozdíly mezi hlasitostí, zabarvením a výškou.
Dalším známým experimentem je ten, který zahrnuje rozbití sklenice při zpěvu určitých not. To je možné pouze tehdy, když zpíváme přesně v frekvencezákladní nebo v a násobek ta frekvence. Pokud zvukový podnět trvá dostatečně dlouho, molekuly v pohárku budou kmitat ve stále větších amplitudách, dokud se pohárek nerozbije.
Aby dva stejné pohárky rezonovaly, stačí v jednom z nich vyvolat vibraci, která se vzduchem přenese do sousedního pohárku.
Ode mě, Rafael Helerbrock