Польза и вред механического резонанса

Вред и польза механического резонанса

Презентация "Польза и вред механического резонанса" - скачать

Резона́нс (от лат. resono - откликаюсь) - явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты внешнего воздействия с частотой собственных колебаний системы. При помощи явления резонанса можно выделить или усилить даже весьма слабые периодические колебания.

Слайд Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г. в работах, посвящённых исследованию маятников и музыкальных струн.

Явление резонанса может играть как полезную, так и вредную роль.

Вред резонанса

В ряде случаев резонанс - нежелательное явление, так как может привести к большим деформациям и разрушению конструкций. Резонанс приходится учитывать при разработке машин и различных сооружений. Поэтому инженеры должны так конструировать ту или иную установку, чтобы не возникало резких резонансных явлений ни во всей установке, ни в её отдельных частях.

Особенно чувствительны к резонансу мосты. Слайд  (видео)   

Слайд В 1906 г. из-за резонанса разрушился Египетский мост в Петербурге, по которому проходила воинская часть. Частота их шагов совпала с частотой свободных колебаний моста. Из-за этого размахи колебаний моста резко увеличились (наступил резонанс), и цепи оборвались. Теперь для предотвращения подобных случаев войсковым частям при переходе через мост приказывают «сбить ногу» и идти не строевым, а вольным шагом.

Если же через мост переезжает поезд, Слайд  то, чтобы избежать резонанса, он проходит его либо на медленном ходу, либо, наоборот, на максимальной скорости (чтобы частота ударов колес о стыки рельсов не оказалась равной собственной частоте моста).

Собственной частотой обладает и сам вагон, колеблющийся на своих рессорах. Когда частота ударов его колёс на стыках рельсов оказывается ей равной, вагон начинает сильно раскачиваться и может сойти с рельсов.

С резонансом можно встретиться не только на суше, но и в море, и даже в воздухе. Вращающиеся части машин, валы двигателей самолётов и кораблей невозможно абсолютно точно уравновесить. В результате они испытывают переменную нагрузку, совершая вынужденные колебания и вызывая вынужденные колебания всей системы (например, самолёта). Слайд   Так, например, при некоторых частотах вращения гребного вала в резонанс входили целые корабли. А на заре развития авиации некоторые авиационные двигатели вызывали столь сильные резонансные колебания частей самолёта, что он разваливался в воздухе.

Негативными проявлениями резонанса являются также: Слайд  Расплёскивание при переносе воды из ведра. Слайд   Раскачивание груза на подъёмном кране.

Использование резонанса

Слайд  Наиболее известная большинству людей механическая резонансная система - это обычные качели. Слайд Если вы будете подталкивать качели в соответствии с их резонансной частотой, размах движения будет увеличиваться, в противном случае движения будут затухать.

Слайд (видео)

Ещё в древности для перемещения больших и тяжёлых предметов люди придумали весьма остроумный способ, основанный на явлении резонанса.

Слайд (видео)

Слайд Известно, например, что тяжёлый язык большого колокола   может раскачать даже ребёнок, но лишь тогда, когда будет действовать на верёвку в такт со свободными колебаниями языка.

Слайд Резонанс, возникающий в строительных конструкциях, может приносить пользу.

В странах Востока, например в Японии, во время землетрясения часто бывало так, что разрушались железобетонные здания, стальные мосты, а деревянные пагоды стояли как ни в чём ни бывало. В чём был секрет пагод?

Секрет пагод в следующем изобретении: внутри каждой пагоды древние строители подвешивали сверху вниз длинную деревянную балку с грузом на конце. Частоту колебаний этого своеобразного маятника подбирали такой, что во время землетрясения он раскачивался в противофазе с самой постройкой, помогая гасить колебания.

Слайд  Во многих городах мира строятся небоскрёбы высотой в десятки метров. Железобетонный каркас супер небоскрёбов должен выдерживать на большой высоте напор ветра, дующего со скоростью 150 км/час. Как предотвратить раскачивание зданий?

В одном из нью-йоркских небоскрёбов на верхнем этаже установлен скользящий противовес массой 365 тонн, который нейтрализует воздействие ветровой нагрузки. В Японии одна из строительных компаний реализовала более простое решение: на крыше небоскрёба устанавливается огромный резервуар с водой. Из-за огромной массы и инерционности жидкость реагирует на сотрясения с запозданием. Колебания здания нейтрализуются и в значительной степени гасятся.

Слайд  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. Благодаря  резонансу  звучность музыкальных инструментов усиливается,  и  обогащается их тембровая окраска.