Тригональный резонанс что такое
Перейти к содержимому

Тригональный резонанс что такое

  • автор:

Резонанс

Резона́нс (фр. resonance , от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается величиной, называемой добротность. Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн. [1] [2]

Механика

Наиболее известная большинству людей механическая резонансная система — это обычные качели. Если вы будете подталкивать качели в соответствии с их резонансной частотой, размах движения будет увеличиваться, в противном случае движения будут затухать. Резонансную частоту такого маятника с достаточной точностью в диапазоне малых смещений от равновесного состояния, можно найти по формуле:

f = <1 \over 2 \pi></p> <p> \sqrt » width=»» height=»» />,</p><div class='code-block code-block-1' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 1seodacha --> <script src=

где g это ускорение свободного падения (9,8 м/с² для поверхности Земли), а L — длина от точки подвешивания маятника до центра его масс. (Более точная формула довольно сложна, и включает эллиптический интеграл). Важно, что резонансная частота не зависит от массы маятника. Также важно, что раскачивать маятник нельзя на кратных частотах (высших гармониках), зато это можно делать на частотах, равных долям от основной (низших гармониках).

Резонансные явления могут вызвать необратимые разрушения в различных механических системах.

В основе работы механических резонаторов лежит преобразование потенциальной энергии в кинетическую. В случае простого маятника, вся его энергия содержится в потенциальной форме, когда он неподвижен и находится в верхних точках траектории, а при прохождении нижней точки на максимальной скорости, она преобразуется в кинетическую. Потенциальная энергия пропорциональна массе маятника и высоте подъёма относительно нижней точки, кинетическая — массе и квадрату скорости в точке измерения.

Другие механические системы могут использовать запас потенциальной энергии в различных формах. Например, пружина запасает энергию сжатия, которая, фактически, является энергией связи её атомов.

Струна

Струны таких инструментов, как лютня, гитара, скрипка или пианино, имеют основную резонансную частоту, напрямую зависящую от длины, массы и силы натяжения струны. Длина волны первого резонанса струны равна её удвоенной длине. При этом, его частота зависит от скорости v, с которой волна распространяется по струне:

f = <v \over 2L></p> <p>» width=»» height=»» /></p><div class='code-block code-block-3' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 3seodacha --> <script src=

где L — длина струны (в случае, если она закреплена с обоих концов). Скорость распространения волны по струне зависит от её натяжения T и массы на единицу длины ρ:

v = \sqrt <T \over \rho></p> <p>» width=»» height=»» /></p> <p>Таким образом, частота главного резонанса зависит от свойств струны и выражается следующим отношением:</p><div class='code-block code-block-4' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 4seodacha --> <script src=

f = <\sqrt <T \over \rho></p> <p> \over 2 L> = \over 2 L> = >» width=»» height=»» />,</p> <p>где <i>T</i> — сила натяжения, ρ — масса единицы длины струны, а <i>m</i> — полная масса струны.</p> <p>Увеличение натяжения струны и уменьшение её массы (толщины) и длины увеличивает её резонансную частоту. Помимо основного резонанса, струны также имеют резонансы на высших гармониках основной частоты <i>f</i>, например, 2<i>f</i>, 3<i>f</i>, 4<i>f</i>, и т. д. Если струне придать колебание коротким воздействием (щипком пальцев или ударом молоточка), струна начнёт колебания на всех частотах, присутствующих в воздействующем импульсе (теоретически, короткий импульс содержит <b>все</b> частоты). Однако частоты, не совпадающие с резонансными, быстро затухнут, и мы услышим только гармонические колебания, которые и воспринимаются как музыкальные ноты.</p><div class='code-block code-block-5' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 5seodacha --> <script src=

Электроника

В электронных устройствах резонанс возникает на определённой частоте, когда индуктивная и ёмкостная составляющие реакции системы уравновешены, что позволяет энергии циркулировать между магнитным полем индуктивного элемента и электрическим полем конденсатора.

Механизм резонанса заключается в том, что магнитное поле индуктивности генерирует электрический ток, заряжающий конденсатор, а разрядка конденсатора создаёт магнитное поле в индуктивности — процесс, который повторяется многократно, по аналогии с механическим маятником.

Электрическое устройство, состоящее из ёмкости и индуктивности, называется колебательным контуром. Элементы колебательного контура могут быть включены как последовательно, так и параллельно. При достижении резонанса, импеданс последовательно соединённых индуктивности и ёмкости минимален, а при параллельном включении — максимален. Резонансные процессы в колебательных контурах используются в элементах настройки, электрических фильтрах. Частота, на которой происходит резонанс, определяется величинами (номиналами) используемых элементов. В то же время, резонанс может быть и вреден, если он возникает в неожиданном месте по причине повреждения, недостаточно качественного проектирования или производства электронного устройства. Такой резонанс может вызывать паразитный шум, искажения сигнала, и даже повреждение компонентов.

Приняв, что в момент резонанса индуктивная и ёмкостная составляющие импеданса равны, резонансную частоту можно найти из выражения

\omega L = \frac</p> <p> <\omega C>\Rightarrow \omega = \frac>» width=»» height=»» />,</p> <p><img decoding=

где ; f — резонансная частота в герцах; L — индуктивность в генри; C — ёмкость в фарадах. Важно, что в реальных системах понятие резонансной частоты неразрывно связано с полосой пропускания, то есть диапазоном частот, в котором реакция системы мало отличается от реакции на резонансной частоте. Ширина полосы пропускания определяется добротностью системы.

СВЧ

В СВЧ электронике широко используются объёмные резонаторы, чаще всего цилиндрической или тороидальной геометрии с размерами порядка длины волны, в которых возможны добротные колебания электромагнитного поля на отдельных частотах, определяемых граничными условиями. Наивысшей добротностью обладают сверхпроводящие резонаторы, стенки которых изготовлены из сверхпроводника и диэлектрические резонаторы с модами шепчущей галереи.

Оптика

В оптическом диапазоне самым распространенным типом резонатора является резонатор Фабри-Перо, образованный парой зеркал, между которыми в резонансе устанавливается стоячая волна. Применяются также кольцевые резонаторы с бегущей волной и оптические микрорезонаторы с модами шепчущей галереи.

Акустика

Резонанс — один из важнейших физических процессов, используемых при проектировании звуковых устройств, большинство из которых содержат резонаторы, например, струны и корпус скрипки, трубка у флейты, корпус у барабанов.

Астрофизика

Основная статья: Орбитальный резонанс

Орбитальный резонанс в небесной механике — это ситуация, при которой два (или более) небесных тела имеют периоды обращения, которые относятся как небольшие натуральные числа. В результате эти небесные тела оказывают регулярное гравитационное влияние друг на друга, которое может стабилизировать их орбиты.

Резонансный метод разрушения льда

Внешние видеофайлы
Видео-клип, демонстрирующий резонансный метод разрушения ледяного покрова

Известно, что при движении нагрузки по ледяному покрову развивается система изгибных гравитационных волн (ИГВ). Это сочетание изгибных колебаний пластины льда и связанных с ними гравитационных волн в воде. Когда скорость нагрузки близка к минимальной фазовой скорости от ИГВ, вода прекращает поддержку ледяного покрова и поддержка осуществляется только упругими свойствами льда. Амплитуда ИГВ резко возрастает, и с достаточной нагрузкой, начинается разрушения. Потребляемая мощность в несколько раз ниже (в зависимости от толщины льда) по сравнению с ледоколами и ледокольными навесными оборудованиями. Этот метод разрушения льда известен как резонансный метод разрушения льда [3] [4] Ученый Козин, Виктор Михайлович получил экспериментальные теоретические кривые, которые показывают возможности своего метода [5] .

Примечания

  1. ↑Andrea Frova and Mariapiera MarenzanaThus spoke Galileo: the great scientist’s ideas and their relevance to the present day. — Oxford University Press, 2006. — P. 133–137. — ISBN 978-0-19-856625-0
  2. ↑Stillman Drake, Noel M. Swerdlow, and Trevor Harvey LevereEssays on Galileo and the history and philosophy of science. — University of Toronto Press, 1999. — P. 41–42. — ISBN 978-0-8020-7585-7
  3. ↑Sea Technology: Providing Safe Submarine Surfacing From Under Ice Cover. Sea Technology, November, 2010, № 11
  4. ↑Видео-клип, демонстрирующий резонансный метод разрушения ледяного покрова
  5. ↑ Козин В. М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты.. — М.: Академия Естествознания, 2007. — С. 355. — ISBN 978-5-91327-017-7

См. также

В Викисловаре есть статья «резонанс»

Литература

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы:

Полезное

Смотреть что такое «Резонанс» в других словарях:

Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
WordPress, MODx.

Тригональный резонанс что такое

Как отличить оригинальный автомат ABB от подделки ABB – один из крупнейших мировых производителей оборудования для энергетики, промышленности и транспорта. Бренд является символом надежности, высоких… Подробнее » Узо abb как отличить оригинал от подделки

Укажите срок службы какой лампы больше

Лампочки какой фирмы служат дольше всех? Имеются в виду обычные лампочки для люстры в комнате. Постоянно перегорают. Причем, мы и энергосберегающими пользовались — и они… Подробнее » Укажите срок службы какой лампы больше

Угр прибор как работает

Указатели типа РМИ и УГР. Полёт по ЛЗП с их использованием Наиболее распространены так называемые радиомагнитные индикаторы (РМИ). По-английски они называются точно так же –… Подробнее » Угр прибор как работает

Трубка хвт что это такое

Применение изоляционных трубок Полихлорвиниловые трубки (ПХВ), например, ХВТ-5, могут заменять изоляционную ленту для защиты отдельных проводов или жгутов проводов при их вводе в корпуса аппаратов,… Подробнее » Трубка хвт что это такое

Тригональный резонанс что такое

Незатухающие колебания и параметрический резонанс Незатухающие колебания — колебания, энергия которых с течением времени не изменяется. В реальных физических системах всегда существуют причины, вызывающие переход… Подробнее » Тригональный резонанс что такое

Правила резонанса

При написании конических структур и выводе истинной структуры молекулы руководствуются следующими правилами:

а) все канонические формы обязательно должны быть структурами Льюиса;

б) во всех структурах положение ядер должно быть одинаковым. Это означает, что при написании канонических форм можно менять только распределение электронов;

в) все атомы, участвующие в резонансе, должны лежать практически в одной плоскости (условие копланарности). Условие копланарности связано с необходимостью максимального перекрывания р-орбиталей;

г) все канонические формы должны иметь одинаковое число неспаренных электронов;

д) энергия истинной молекулы меньше энергии любой из канонических структур, т. е. делокализация является стабилизирующим фактором;

е) вклад отдельных канонических форм в истинную структуру молекулы неодинаков; он пропорционален их устойчивости; наиболее устойчивая форма дает наибольший вклад.

Правила для оценки устойчивости воображаемых структур:

а) чем больше ковалентных связей содержит структура, тем она устойчивее;

б) чем в большей степени разделены разноименные заряды, тем меньше устойчивость структуры;

в) структуры, имеющие больше двух формальных зарядов, обычно дают очень незначительный вклад в резонанс. Особенно неэффективны структуры, имеющие одноименные заряды на соседних атомах;

г) чем больше электроотрицательность атома, несущего отрицательный заряд, тем более устойчива структура в целом. То же самое относится к структурам, имеющим положительный заряд на атомах с низкой электроотрицательностью;

д) значительное изменение обычных длин связей или валентных углов приводит к снижению устойчивости структуры.

Типы молекул с делокализованными связями

1. Сопряженные двойные (или тройные) связи. Примером может служить молекула акролеина.

2. Двойные (или тройные) связи, сопряженные с р-орбиталью соседнего атома. Если атом, соседний с двойной связью, имеет р-орбиталь, возникает система из трех р-орбиталей, которые, перекрываясь, образуют три МО.

Различают три случая: исходная р-орбиталь может содержать два электрона, один или ни одного электрона. Это системы типа аллильного аниона, радикала и катиона.

Аллильный свободный радикал

Кроме того, возможно сопряжение кратной связи с нейтральными атомами, несущими неподеленную пару электронов.

3. Сверхсопряжение, или гиперконъюгация, происходит при участии - электронов.

Гиперконъюгация в нейтральных молекулах имеет незначительный вклад, но в карбокатионах ее влияние бывает основным стабилизирующим фактором.

Ароматичность

Особый случай систем с делокализованными связями – системы с циклическим сопряжением. Для молекул, имеющих цикл из чередующихся двойных (или тройных) и одинарных связей, существует три возможных случая.

1. Циклическая система в силу тех или иных причин не плоская, т. е. в ней нет единой цепи сопряжения. В таких случаях свойства соединений не отличаются от свойств ациклических полиенов и их называют неароматическими.

Рисунок 4 Внешнее и индуцированное магнитное поле у ароматического кольца.

2. Плоские циклические системы, имеющие в цепи сопряжения 4n+2 электронов (число Хюккеля), называются ароматическими. Такие соединения обычно обладают большой устойчивостью, для них более характерны реакции замещения, а не присоединения, т. е. они стремятся сохранить свой ненасыщенный характер. Такие вещества способны удерживать индуцированный кольцевой ток, это свойство называется диатропностью и является одним из важнейших критериев ароматичности. Существует несколько методов, позволяющих установить наличие диатропных свойств. Наиболее важный метод основан на измерении химического сдвига протонов в ЯМР-спектре. При наложении магнитного поля в ароматических молекулах возникают кольцевые токи -электронов, которые индуцируют вторичное поле, направленное на усиление внешнего поля с наружной стороны кольца, и на ослабление с внутренней. В результате сигналы протонов, находящихся снаружи, смещаются в слабое поле, а внутри в сильное (рис. 4). Так обычные значения химического сдвига олефиновых атомов водорода – 4-5 м.д., а ароматических – 7-8 м.д.

3. Плоские циклические системы с числом электронов, равным 4n (число Мёбиуса), обладают антиароматическими свойствами. Соединения такого типа дестабилизированы резонансом и очень неустойчивы.

Параметрические колебания. Параметрический резонанс

Параметрические колебания – это колебания, происходящие в системе за счет периодического изменения тех параметров системы, которые определяют величину запасенной колебательной энергии. Так, например, можно возбудить параметрические колебания в колебательном контуре за счет периодического изменения электроемкости конденсатора или индуктивности катушки, параметрические колебания маятника за счет изменения длины его нити или массы груза. Если обозначить через частоту собственных незатухающих колебаний в системе, то параметрическое возбуждение колебаний в системе наступает в тех случаях, когда частота периодического изменения параметра системы будет удовлетворять условию . (5.91) При таких значениях частоты в системе будут возбуждаться собственные колебания системы на частоте . Наиболее благоприятной для возбуждения колебаний является частота , равная , так как на этой частоте совершает колебания энергия системы (потенциальная и кинетическая энергии, энергия электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки индуктивности). При такой частоте колебания в системе будут наиболее интенсивными. Поясним это на примере периодического изменения электроемкости конденсатора колебательного контура. Пусть момент времени , заряд на обкладках конденсатора будет максимальным и в этот момент времени скачком (за время, малое по сравнению с периодом собственных колебаний) раздвигаются пластины конденсатора. Тогда энергия электрического поля конденсатора будет увеличиваться, в контур поступает энергия:. Через четверть периода колебаний () конденсатор будет разряжен (), вся энергия контура будет сосредоточена в катушке в виде энергии магнитного поля. Поэтому сближение обкладок конденсатора в этот момент времени не приводит к отводу энергии колебаний из контура. Таким образом, за один период колебаний в контур два раза подводится энергия. Аналогичные процессы протекают при периодическом изменении индуктивности катушки контура. Возникновение параметрических колебаний возможно и при отсутствии энергии колебаний в системе, это объясняется следующим образом. В любой колебательной системе вследствие воздействия на нее различных случайных факторов всегда существуют малые отклонения различных физических величин от их средних значений (их называют флуктуациями). Спектр частот таких флуктуаций будет непрерывным с малыми амплитудами отдельных гармоник (для напряжения на конденсаторе или индуктивности они составляют значения порядка микровольта). Периодическое изменение параметра системы на частоте, кратной , приводит к тому, что амплитуда гармоники с частотой будет все время увеличиваться за счет подвода энергии в систему извне и в системе возникают незатухающие колебания с большой амплитудой. Такое возбуждение колебаний в системе получило название параметрического резонанса. Нарастание амплитуды колебаний при параметрическом резонансе ограничивается при достаточно больших амплитудах нелинейными эффектами. К ним можно отнести, например, возникновение зависимости активного сопротивления R от амплитуды силы тока в контуре (это приводит к увеличению потерь энергии на выделение джоулевой теплоты) или зависимости электроемкости конденсатора от напряжения (это приводит к изменению частоты собственных колебаний и в результате к увеличению расстройки () между частотами и ). Равновесное значение амплитуды колебаний наступает тогда, когда параметрическая накачка энергии в среднем за период компенсируется джоулевыми потерями. Явление параметрического резонанса используется при работе малошумящих параметрических усилителей СВЧ-диапазона, в которых применяются параметрические полупроводниковые диоды с управляемой емкостью р-n перехода. Примером параметрического резонанса в механической системе является маятник в виде груза массы m , подвешенного на нити, длину которой можно изменять (рис. 5.26,а). Если уменьшать длину в нижнем положении и увеличивать в крайних положениях, то работа внешней силы за один период колебаний будет положительной и амплитуда колебаний будет возрастать. Траектория движения груза при таких колебаниях показана на рис. 5.26,б Раскачка качелей также обусловлена параметричес- ким резонансом, когда эффективная длина маятника (положение центра тяжести) изменяется при приседаниях и вставаниях человека. Рис. 5.26

Похожие публикации:
  1. Для какой категории персонала производственный инструктаж является обязательным
  2. Закон ома какой класс
  3. Как определить микросхему по маркировке на корпусе
  4. Как узнать музыку из coub

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *