Chitarele sună, dar podurile furtunii: rezonanță
Rezonanța este un fenomen natural remarcabil. Apare doar în cazuri specifice și poate fi utilizat în mai multe scopuri. Dar chiar ne poate „găti”.
Rezonanța este oscilația forțată a unui sistem cauzată de o sursă a cărei frecvență este aceeași cu frecvența naturală a sistemului. Așa spune definiția. Dar ce înseamnă cu adevărat?
Oscilații mecanice și rezonanță
Fiecare oscilație scade în timp datorită amortizării. Dacă vedem un copil mic pe un leagăn, unul dintre părinți trebuie să compenseze amortizarea cauzată, astfel încât leagănul să nu se oprească. Știm că nu doar cantitatea potrivită de forță de împingere, ci și momentul potrivit este suficientă pentru a obține rezonanță.
Probabil că copilul nu ar fi prea încântat dacă s-ar îndrepta înapoi și părintele s-ar sprijini de spate în direcția opusă acestei mișcări. Pur și simplu, frecvența aprovizionării cu energie va fi incorectă (având în vedere că dorim să obținem rezonanță). Oscilația va oscila, dar nu cu cea mai mare amplitudine. În schimb, dacă frecvența este corectă, amplitudinea va fi maximă și astfel va apărea rezonanță.
Care este frecvența corectă și greșită?
Dacă vibrația unui copil pe un leagăn are aceeași frecvență ca vibrația unui leagăn de la un părinte, vorbim despre frecvența „corectă” la care apare rezonanța. Deci, frecvența oscilației de la părinte (f [Hz]) va fi aceeași cu frecvența naturală (f0 [Hz]) a oscilatorului mecanic (leagăne).
Rezonanța poate fi investigată folosind tehnologia computerului și software-ul adecvat. În grafic puteți vedea caracteristica de amplitudine pe care am creat-o în Matlab. Curba arată dependența amplitudinii de frecvență. Frecvența în care amplitudinea este cea mai mare corespunde frecvenței de rezonanță.
Utilizare
Rezonanța mecanică se caracterizează prin cea mai mare oscilație a corpurilor, chiar dacă corpul este oscilat cu o forță mică. Îl putem folosi de ex. cu leagănele menționate, sau muzică: de exemplu, corpul chitarei servește ca amplificator care amplifică vibrația corzilor. Și dacă ne-am blocat vreodată în zăpadă cu mașina, am încercat să o împingem cu rezonanță. Balansăm mașina treptat până când se eliberează de ghearele de zăpadă.
Nedorit
Unul dintre cele mai cunoscute exemple de efecte de rezonanță nedorite este Podul Tacoma.
Efectele sale au fost înfricoșătoare! Cu o forță mică, corect temporizată, fenomenul de rezonanță a reușit să oscileze un pod de câteva tone. Proiectanții de poduri au început ulterior să-i acorde mult mai multă atenție și au încercat să prevină rezonanța modificând structura. Cu toate acestea, noile cercetări despre pod sugerează că este posibil să nu fie rezonanță. Prin rezonanță înțelegem, așa cum am menționat deja, oscilațiile forțate ale sistemului, care este afectat de o sursă externă de oscilații. În cazul unui pod, poate fi de ex. companie de soldați în marș. Dar în cazul podului Tacoma, a existat doar vânt fără o frecvență specifică. Problema a apărut atunci când una dintre frânghii s-a rupt și podul a început să se răsucească sub influența vântului. Datorită proprietăților aerodinamice ale podului și vitezei specifice a vântului, în spatele podului au fost create vortexuri de aer, care au întărit vibrațiile torsionale până la distrugerea.
Rezonanță electrică
În unele cazuri, sistemele electrice complexe pot fi scrise pur și simplu prin intermediul unui circuit format din trei elemente principale: un rezistor (R), un condensator (C) și un inductor (L), pe care le putem examina. Rezonanța electrică apare chiar atunci când circuitul electric este excitat de o sursă periodică (schimbând în mod repetat, de exemplu, funcția sinusoidală) cu o frecvență identică cu frecvența oscilațiilor electrice proprii ale circuitului (acestea sunt formate din elementele sale).
Ca și în cazul rezonanței mecanice, cea electrică poate fi investigată prin tehnologia computerizată și răspunsul sistemului poate fi reprezentat în diferite grafice (aplitus sau caracteristică de fază).
Utilizare
Rezonanța electrică este utilizată pe scară largă, de exemplu, în transmisia de energie fără fir. Asigurarea faptului că emițătorul și receptorul funcționează la aceeași frecvență de rezonanță va crește eficiența transmisiei. Cu toate acestea, se spune foarte simplu. În practică, trebuie să ne confruntăm cu mulți parametri paraziți (efect de piele, efect de proximitate, capacitate parazită inter-filetată), care sunt nedorite. Cercetările sunt încă în curs în acest domeniu.
Nedorit
În unele dispozitive electrice, rezonanța este nedorită. De exemplu, seriile (când R, L și C sunt conectate una lângă alta) rezonanța excelează în câștigul de curent mare. Acest lucru poate duce la pierderi de căldură în conductori.
Imagistica prin rezonanță magnetică (RMN)
Folosește un câmp magnetic foarte puternic și unde electromagnetice de înaltă frecvență. Câmpul magnetic este creat de mișcarea dirijată a sarcinilor electrice. Corpul uman este alcătuit în mare parte din apă, iar RMN funcționează cu țesut care constă în mare parte din apă. Datorită momentului magnetic al unui proton din nucleul de hidrogen, care se numește spin, nucleul atomic are un anumit moment magnetic (de exemplu, un magnet obișnuit are efectele sale magnetice tocmai pentru că spinul particulelor sale are aceeași orientare).
Când un nucleu de hidrogen rotativ este introdus într-un câmp magnetic constant, acesta se rotește în funcție de acțiunea acestui câmp. În schimb, dacă câmpul magnetic extern dispare, miezul revine la poziția sa inițială. Prin acțiunea altui câmp perpendicular, miezul începe să se rotească din nou. Pentru a menține nucleele de hidrogen în mișcare constantă, se folosește un câmp magnetic rotativ de înaltă frecvență cu valori cu adevărat imense de inducție magnetică. Prin setarea celor două câmpuri magnetice perpendiculare între ele, este ușor să se determine ce nuclee vor rezona.
Fiecare scaner este format din bobine - antene care emit unde cu o frecvență specifică, a căror energie este absorbită de atomii de hidrogen. Prin apropierea bobinei de momentul magnetic rotativ, se induce o tensiune în ea. Aceste semnale sunt apoi procesate prin tehnologia computerizată în imaginea rezultată. Avantajul acestei metode este o rezoluție mai mare atunci când se imaginează majoritatea organelor fără radiații ionizante dăunătoare, care pot declanșa cancer.
Iluzii ezoterice
Esoterica este prea „neprietenoasă” cu știința. Pe Internet și în viața noastră personală, putem întâlni oameni care ne spun despre „legile rezonanței” și nu vor fi deloc legi în adevăratul sens al cuvântului.
De exemplu, am citit că, atunci când suntem în rezonanță cu un anumit tip de gânduri, atragem lucruri și evenimente corespunzătoare acestor gânduri. Acest lucru nu are nicio legătură cu frecvența în adevăratul sens. Esotericiștii probabil că au vrut să spună că, dacă am fi cu o dispoziție proastă, ne-am fi dezorientat și frustrat de ceva. Și dacă urmează o acțiune manuală, este mai probabil să eșuăm. Cu toate acestea, acest lucru este destul de logic.
Esotericiștii sunt, dintr-un anumit motiv, foarte populari în abuzarea termenilor științifici (termenul „cuantic” apare adesea). În acest fel, ei creează doar iluzia că cuvintele lor sunt verificate științific sau au o anumită legătură cu știința. Și de aceea nu trebuie să fie de încredere.
V-am adus acest articol în colaborare cu Exsisto Sapiens.