- Определение
- Что такое ЭПР
- Какую информацию можно получить от EPR
- Как работает ЭПР?
- Структура и свойства спектров ЭПР
- Спектроскопические характеристики линии
- Добротность
- Примеры резонанса в повседневной жизни | Практические примеры резонанса.
- Различные типы резонансной частоты:
- Частота ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
- В 2. Является ли реверберация примером резонанса?
- Виды и примеры
- Опасность и польза
- В чем польза или вред явления
- Положительные стороны
- Отрицательный эффект
- Примеры резонанса в жизни
- Откуда появилось выражение «общественный резонанс»
- Физическое определение и привязка к объектам
- Общественный резонанс как орудие влияния или давления
- Кто создает общественный резонанс
- Практические примеры вынужденных колебаний и резонанса
- В 5. Как качели являются примером резонанса?
- Добротность колебательной системы
- Положительные и отрицательные стороны резонанса
- В 1. Является ли эхо примером резонанса? | В чем разница между резонансным эхом и реверберацией ?
Определение
Первым определение того, что такое резонанс, дал великий итальянский ученый Галилео Галлия, который активно занимается не только астрономическими наблюдениями, но и работой с маятником, теорией струн и многим другим в физике.
Следовательно, в переводе с латыни слово «резонанс» буквально означает «я отвечаю» и указывает на физическое явление, при котором естественные колебательные движения, становясь вынужденными, умножают свою амплитуду, отвечая на воздействия внешней среды.
Или, проще говоря, резонанс — это реакция на определенный стимул извне, это синхронизация частот вибрации (количества колебаний в секунду) определенного тела (или всей системы) с внешней силой, которая действует на это. В результате физического резонанса всегда происходит увеличение амплитуды колебаний тела или системы.
Представьте себе детские качели, чтобы они катились сильнее, нужно приложить силу, чтобы его колебания совпадали с колебаниями самих качелей. В результате таких действий качели будут все сильнее и сильнее или, с научной точки зрения, амплитуда их качания увеличится. Детские качели — это, пожалуй, самый простой и удивительный пример резонанса в нашей жизни.
Однако у резонанса есть свой антипод: диссонанс. Диссонанс (в переводе с латыни «несогласие») — явление прямо противоположное, что означает несовпадение, несогласованность. Если начать хаотично прикладывать силу к одним и тем же раскачивающимся качелям, то есть хаотично раскачивать их взад и вперед, они скоро остановятся, амплитуда их движения уменьшится до нуля. Или другой наглядный пример: если в жаркий летний день вы выйдете на улицу в шубе, это тоже будет диссонансом, так как ваша одежда совсем не будет соответствовать погоде.
Что такое ЭПР
Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) широко используется при исследовании физико-химических и биологических явлений. ЭПР позволяет изучать механизмы различных биоэнергетических процессов, связанных с переносом электронов и энергии, биологическим повреждением при облучении, а также решать некоторые структурные задачи. Кратко перечислить все области применения ЭПР не представляется возможным, поскольку это один из универсальных спектральных методов.
Необходимым условием регистрации электронного парамагнитного резонанса является наличие у исследуемых молекул собственного магнитного момента, который является суммой спиновой и орбитальной составляющих. Это означает, что эти (парамагнитные) молекулы должны содержать один или несколько неспаренных электронов. Помещение парамагнитной молекулы в постоянное магнитное поле вызывает появление дополнительных энергетических уровней, переходы между которыми, как и в оптической спектроскопии, могут быть вызваны наложением второго поля — электромагнитного.
Что такое ЭПР.
Метод ЭПР измеряет потребляемую мощность этого электромагнитного поля в образце. Регистрация изменения поглощения по амплитуде приложенного магнитного поля определяет характерный спектр ЭПР исследуемых молекул, их динамики и взаимодействий.
Предлагаемая деятельность включает приготовление образцов и независимое измерение сигналов ЭПР растворов, содержащих молекулы так называемых спиновых меток (в данном случае стеариновой кислоты с присоединенной к ней парамагнитной группой). Спиновые метки широко используются в различных исследованиях молекулярной биологии, в частности, для измерения микровязкости, поскольку форма их спектров ЭПР изменяется в зависимости от вязкости молекулярной среды. В задаче будет предложено измерение спектров спиновых меток в условиях различной вязкости окружающей среды и последующий простой расчет на современном исследовательском спектрометре EMX-6 (Brooker, Германия).
Какую информацию можно получить от EPR
Только электронный парамагнитный резонанс, или ЭПР, однозначно обнаруживает неспаренные электроны. Другие методы, такие как флуоресценция, могут косвенно указывать на присутствие свободных радикалов, но только ЭПР дает убедительные доказательства их присутствия. Кроме того, ЭПР обладает уникальной способностью идентифицировать обнаруженные парамагнитные центры. Образцы ЭПР очень чувствительны к окружающей среде, поэтому этот метод проливает свет на молекулярную структуру вблизи неспаренного электрона.
Иногда спектры ЭПР показывают сильные изменения формы линий, что дает представление о динамических процессах, таких как движение молекул или текучесть. Метод спинового захвата ЭПР, который обнаруживает переходные реактивные свободные радикалы, очень хорошо иллюстрирует, как можно использовать обнаружение и идентификацию радикалов. Этот метод жизненно важен в биомедицинской области для выяснения роли свободных радикалов при многих заболеваниях в определении токсичности.
Спиновое мечение ЭПР — это метод, используемый биохимиками, в котором парамагнитная молекула (спиновая метка) используется для «мечения» макромолекул в определенных областях. По спектрам ЭПР, полученным с помощью спиновой метки, можно определить тип среды (ее гидрофобность, pH, текучесть и другие параметры), в которой находится спиновая метка.
ESEEM и ENDOR — это два метода ЭПР, которые измеряют взаимодействие электрона с окружающими ядрами. Это чрезвычайно эффективные методы изучения структуры «активных центров» металлопротеинов. Другими важными приложениями для количественного EPR являются дозиметрия излучения, измерения доз для стерилизации медицинских и пищевых продуктов, обнаружение облученных продуктов и датирование ранних человеческих артефактов.
Как работает ЭПР?
ЭПР — это метод МРТ, очень похожий на ЯМР (ядерный магнитный резонанс). Однако вместо измерения ядерных переходов в нашем образце мы регистрируем переходы неспаренных электронов в приложенном магнитном поле. Подобно протону, электрон имеет «спин», который придает ему магнитное свойство, известное как магнитный момент. Магнитный момент заставляет электрон действовать как крошечный магнит на стержне, подобном тому, который вы можете поставить на свой холодильник.
Когда мы применяем внешнее магнитное поле, парамагнитные электроны могут ориентироваться в направлении, параллельном или антипараллельному направлению магнитного поля. Это создает два разных уровня энергии для неспаренных электронов и позволяет измерять их при перемещении между двумя уровнями. Первоначально на более низком уровне энергии (т.е параллельно полю) будет больше электронов, чем на более высоком (антипараллельном) уровне. Мы используем фиксированную частоту микроволн для возбуждения и переноса части электронов с более низкого энергетического уровня на более высокий энергетический уровень.
Чтобы этот переход произошел, мы также должны приложить внешнее магнитное поле с определенной силой (индукцией), чтобы разделение уровня энергии между нижним и верхним состояниями точно соответствовало нашей микроволновой частоте. Фактически, чтобы получить это условие, поле внешнего магнита «удлиняют», помещая исследуемый образец внутрь спектрометра при фиксированной частоте микроволнового излучения. Условие, при котором магнитное поле и частота микроволн согласовываются для создания резонанса (или поглощения энергии микроволн), известно как условие резонанса.
Ядерный магнитный резонанс.
Суть явления электронного парамагнитного резонанса заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения неспаренными электронами. Наличие спинового момента у отрицательно заряженного электрона приводит к появлению электронного магнитного момента µe, который пропорционален спину S и определяется выражением:
µe = gβS, (1)
где g — безразмерная константа (так называемый g-фактор электрона) — это отношение между магнитным моментом электрона и его механическим моментом, который равен 2,002 для свободного электрона, — электронный магнетон Бора, β = 9,27400915 (26) 10-24 Дж / т.
Энергия взаимодействия электронного магнитного момента с внешним магнитным полем описывается следующим выражением:
Eз = -µeB = gβBSB, (2)
где SB — проекция спина на направление магнитного поля.
Рассмотрим случай с неспаренным электроном. При приложении постоянного внешнего магнитного поля, согласно эффекту Зеемана, появляются два уровня с магнитными квантовыми числами ms = ± ½ с делением ∆E = gβH между ними. Сущность расщепления прямо пропорциональна напряженности приложенного магнитного поля и по абсолютной величине в 100-1000 раз меньше энергии теплового движения kT. Математически соотношение совокупностей уровней с ms = + ½ и ms = -½, согласно распределению Больцмана, выражается следующей формулой:
N = 1/2 / N-1/2 = e-∆E / kT = e-gβH / kT (3)
Если электрон, помещенный в постоянное магнитное поле, подвергается воздействию электромагнитного излучения микроволнового диапазона с плоскостью поляризации магнитного поля B1, перпендикулярной плоскости постоянного поля, то при условии:
hν = gβH (4)
между двумя уровнями индуцируются резонансные переходы, на которых электрон меняет свое спиновое состояние (другими словами, спин меняется на противоположный). Поскольку уровни различаются по населению, общий эффект будет выражен в виде системы, поглощающей энергию электромагнитного поля. Основная задача эксперимента по наблюдению явления ЭПР — точная регистрация поглощенной электромагнитной энергии.
Использование ЭПР в медицине.
Структура и свойства спектров ЭПР
Поведение магнитных моментов в магнитном поле зависит от различных взаимодействий неспаренных электронов как друг с другом, так и с ближайшим окружением. Наиболее важными являются спин-спиновые и спин-орбитальные взаимодействия, взаимодействия между неспаренными электронами и ядрами, на которых они расположены (сверхтонкие взаимодействия), взаимодействия с электростатическим потенциалом, создаваемым ионами ближайшего окружения в месте локализации неспаренных электронов и др. большинство перечисленных взаимодействий приводят к плавному разделению линии. В общем случае спектр ЭПР парамагнитного центра многокомпонентен.
Основными характеристиками спектра ЭПР парамагнитного центра (ПК) являются:
- количество линий в спектре ЭПР конкретного ПК и их относительные интенсивности.
- Тонкая структура (ТС). Количество линий ST определяется величиной спина S ПК и локальной симметрией электростатического поля ближайшего окружения, а относительные интегральные интенсивности определяются квантовым числом mS (величиной проекции спина от направления магнитного поля). В кристаллах расстояние между линиями ST зависит от величины потенциала кристаллического поля и его симметрии.
- Ультратонкая структура (СТС). Линии ВТСП конкретного изотопа имеют примерно одинаковую интегральную интенсивность и практически равноудалены. Если ядро QC содержит несколько изотопов, каждый изотоп обеспечивает свой собственный набор линий HFS. Их количество определяется спином I ядра изотопа, вокруг которого находится неспаренный электрон. Относительные интенсивности линий СТС от различных изотопов ПК пропорциональны естественному содержанию этих изотопов в образце, а расстояние между линиями СТС зависит от величины магнитного момента ядра конкретного изотопа, сверхтонкого взаимодействия константа и степень делокализации неспаренных электронов на этом ядре.
Сверхтонкая структура (SSFS). Количество линий СВС зависит от количества nl эквивалентных лигандов, с которыми взаимодействует неспаренная спиновая плотность, и от величины ядерного спина Il их изотопов. Для этих линий характерно также распределение их интегральных интенсивностей, которое в случае Il = 1/2 подчиняется закону биномиального распределения с показателем nl. Расстояние между линиями СВС зависит от величины магнитного момента ядер, константы сверхтонкого взаимодействия и степени локализации неспаренных электронов на этих ядрах.
Спектроскопические характеристики линии
Особенностью спектров ЭПР является форма их регистрации. По многим причинам спектр ЭПР регистрируется не в виде линий поглощения, а как производная от этих линий. Поэтому в спектроскопии ЭПР для обозначения параметров линий используется несколько иная терминология, отличная от общепринятой.
Линия поглощения ЭПР и ее первая производная: 1 — гауссова форма; 2 — Лоренцева форма.
- Истинная линия — это функция, но с учетом релаксационных процессов она имеет вид Лоренца.
- Линия: отражает вероятность резонансного процесса поглощения электромагнитного излучения ПК и определяется процессами, в которых участвуют спины.
- Форма линии: отражает закон распределения вероятностей резонансных переходов. Поскольку в первом приближении отклонения от условий резонанса случайны, форма линий в матрицах, разбавленных магнитным полем, имеет гауссову форму. Наличие дополнительных спин-спиновых обменных взаимодействий приводит к лоренцевой форме линии. В целом форма линии описывается смешанным законом.
- Ширина линии — ΔВmax– соответствует расстоянию по полю между концами кривой линии.
- Ширина линии — Imax– соответствует по шкале амплитуд сигнала расстоянию между крайними точками на линии кривой.
- Intensity — I0 — значение вероятности в точке MAX на кривой поглощения, вычисленное интегрированием по контуру линии записи;
- Интегральная интенсивность — площадь под кривой поглощения пропорциональна количеству парамагнитных центров в образце и рассчитывается путем двойного интегрирования линии записи сначала по границе, затем по полю.
- Положение линии — B0 — соответствует пересечению границы производной dI / dB с нулевой линией (линией тренда).
- положение линий ЭПР в спектре.
Согласно выражению ν = gβB, определяющему условия резонансного поглощения для КК со спином S = 1/2, положение линии парамагнитного резонанса электрона можно охарактеризовать значением фактора g (аналог спектроскопического метода Ланде фактор расщепления). Значение g-фактора определяется как отношение между частотой, на которой был измерен спектр, и значением магнитной индукции B, при котором наблюдался максимальный эффект. Следует отметить, что для парамагнитных центров фактор g характеризует ФК в целом, то есть не отдельную линию в спектре ЭПР, а весь набор линий, обусловленных исследуемым ФК.
Добротность
Резонанс в физике часто связывают с фактором Q. Что это такое? Под добротностью понимается степень реактивности колебательной системы, уровень интенсивности ее отклика. Используя тот же пример с качелями, вы можете представить, что есть две качели: одна старая и ржавая, а вторая новая, построенная недавно. Для того, чтобы раскачать старые и ржавые качели, нужно приложить гораздо больше усилий, чем новые, то есть добротность старых качелей (как и системы качелей) будет во много раз ниже, чем у новых качелей.
логично, что разные добротности приводят к разным последствиям:
- При низкой добротности колебательная система долго не выдерживает вынужденных колебаний и очень скоро вернется к собственным колебаниям.
- В определенных ситуациях высокая добротность может быть опасна, так как сильный резонанс и многократное увеличение амплитуды колебаний приведут к разрушению физического тела.
Примеры резонанса в повседневной жизни | Практические примеры резонанса.
Были объяснены общие примеры резонанса в повседневной жизни, такие как резонанс из-за звука двигателя автомобиля, разбития стекла, колебания подвесного моста из-за ветра, микроволновый резонансный нагрев, управление радиоканалом через резонансную частоту, вибрации из-за громкой музыки и другие.
- Звук двигателя: грохот двигателя автобуса или грузовика, который мы часто слышим, когда автобус не используется, является примером резонанса. Вибрации двигателя Двигатель может вызывать резонансные волны в соседних конструкциях, когда частота вибрации двигателя сопоставима с частотой вибрации окружающих конструкций.
- Разбивание стекла: Разрушение стекла из-за сильного шума в диапазоне резонансных частот стекла. Это примеры акустического резонанса.
- Вибрации подвесного моста: ветер может усиливать колебания подвесного моста, заставляя мост вибрировать с частотой, равной его резонансной частоте. Сильный ветер может вызвать структурный резонанс в подвесном мосту, что может вызвать катастрофические обрушения.
- Колебание можно подталкивать через равные промежутки времени, чтобы оно соответствовало его собственной резонансной частоте, так что оно колеблется с высокой амплитудой.
- Микроволновый резонансный нагрев: явление резонанса также помогает быстро нагревать пищу в микроволновой печи. Микроволновая печь испускает микроволновое излучение с определенной длиной волны и частотой для приготовления пищи. Если частота излучения совпадает с резонансной частотой молекул пищи, молекулы начинают поглощать длины волн и вибрировать, таким образом готовя и нагревая пищу.
- Управление радиоканалом посредством резонанса: функция ручки радиоприемника заключается в изменении нормальной частоты приемника. Эта обычная частота приемника согласована с частотой вещания радиостанции для передачи энергии. Эта передача энергии позволяет нам слышать звук выбранного канала.
- Вибрации от громкой музыкальной системы: иногда громкая музыкальная система может вызывать вибрацию мебели и стен дома. Это произошло, если собственная частота мебели синхронизирована с резонансной частотой вибрации музыкальной системы.
- Механизм времени современных часов.
- Освободитесь, создав когерентный свет за счет оптического резонанса в лазерных резонаторах. Это также обычные примеры резонанса.
- Резонанс приливов в бухте.
- Примеры акустического резонанса в различных музыкальных инструментах и т. Д
Различные типы резонансной частоты:
Явление резонанса может проявляться в различных колебаниях или волнах. Некоторые из наиболее очевидных вибраций, в которых резонанс играет важную роль:
- Механические колебания или волны (механический резонанс),
- Вибрации или акустические волны (акустический резонанс),
- Вибрации или электромагнитные волны (электромагнитный резонанс),
- Колебания или ядерные магнитные волны (ядерный магнитный резонанс (ЯМР)),
- Электронные спиновые колебания или волны (электронный спиновой резонанс (ЭПР)),
- Резонанс квантовой волновой функции.
Определенную частоту можно получить, используя резонансную систему для генерации колебаний. Такие приложения требуются в музыкальных инструментах или фильтрах для выбора определенной частоты или небольшого диапазона частот из сложной вибрации, состоящей из множества различных частот.
Частота ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) относится к физическому явлению, которое заключается в возмущении ядра в очень сильном непрерывном магнитном поле с использованием слабого колеблющегося магнитного поля и создании реторты путем генерации электромагнитного сигнала, имеющего характерную частоту магнитного поля, присутствующего в основной. Это явление наблюдается в ближней резонансной области, где частоту колебаний можно сравнить с собственной частотой ядер. Этот процесс зависит от силы статического магнитного поля, химических свойств окружающей среды / материала и магнетизма используемого изотопа.
Для практических применений со статическими магнитными полями до прибл. 20 тесла, наблюдаемая частота сопоставима с телевизионными передачами в диапазонах VHF (очень высокая частота) и UHF (сверхвысокая частота) в диапазоне от 60 МГц до примерно 1000 МГц. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) возникает из-за некоторых особых свойств магнетизма проявляется некоторыми атомными ядрами. Использование спектроскопии ядерного магнитного резонанса широко используется для определения положения органических молекул в растворах и для изучения молекулярной физики кристаллов, а также некоторых некристаллических объектов. Еще одно применение ядерного магнитного резонанса или ЯМР — это сложные методы медицинской визуализации, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ).
В 2. Является ли реверберация примером резонанса?
Нет, резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически прикладываемой силы (или ее компонента Фурье) становится сопоставимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. Принимая во внимание, что реверберация относится к возникновению множественных звуковых отражений, которые создают длительный звуковой эффект. Это часто называют множественными эхо-сигналами, возникающими вместе.
Виды и примеры
Только в самой физике существуют такие виды резонанса, как:
- Механический резонанс — это то же колебание, что и выше, резонанс мостика проходящей роты солдат, резонанс звука колокола и так далее, одним словом, резонанс, вызванный механическими воздействиями.
- Акустический резонанс — это резонанс, с которым работают все струнные музыкальные инструменты: гитара, скрипка, лютня, балалайка, банджо и т.д. Кстати, корпус музыкальных инструментов имеет свою форму неспроста. Звук, производимый струной при перещипывании, входит в тело и там резонирует со стенками, что, следовательно, приводит к его усилению. По этой причине качество звука самой гитары сильно зависит от материала, из которого она сделана, а также от краски, которой она покрыта.
- Электрический резонанс — представляет собой совпадение частоты колебаний внешнего напряжения с частотой колебаний электрической цепи, по которой протекает ток.
Помимо этих чисто физических резонансов, есть еще и уже упомянутый нами общественный резонанс — блестящая реакция общества на какое-то событие (обычно политическое или экономическое), например, британский Brexit, его выход из Евросоюза вызвал огромный общественный резонанс во многих странах Европы и особенно, конечно, в самой Великобритании.
Есть и познавательный резонанс: это полное совпадение взглядов и мнений. Например, вы познакомились с новым человеком, и он думает так же, как и вы, у вас абсолютно схожие точки зрения, вкусы, предпочтения, поэтому возникает когнитивный резонанс. И противоположное явление — когнитивный диссонанс, когда вы абсолютно не согласны с кем-то или чем-то, вы абсолютно не принимаете происходящее. (Например, автор этой статьи, находясь в каком-то украинском бюрократическом учреждении, будь то Жеке, БТИ или налоговая инспекция, испытывает настоящий когнитивный диссонанс)).
Опасность и польза
Резонанс, как и любое другое физическое явление, сам по себе не является ни плохим, ни хорошим, поскольку может принести как пользу, так и вред. Например, именно резонанс помогает вытащить застрявшую в грязи или снегу машину: систематическое раскачивание машины, то вперед-назад с увеличением амплитуды колебаний помогает вывести ее из плена.
А вот учебник негативный пример резонансного действия описан в начале нашей статьи и связан с мостами. Если рота солдат марширует по мосту, она может, если не рухнуть, значительно повредить его, потому что это вызовет сильный резонанс собственных колебаний поверхности моста с колебаниями марша «кончик к кончику». «сотен солдат.
Однако сильный резонанс у моста может произойти и не только от марширующей роты солдат, проектировщики и архитекторы давно знают такую концепцию, как «Tacoma Bridge» — это мост, построенный с грубыми нарушениями строительных норм. Дело в том, что в 1840-х годах в США обрушился подвесной мост. Причиной обвала стал резонанс. Но рота солдат не прошла через мост, на этот раз виноват ветер: колебания ветра резонировали с собственными колебаниями конструкции моста и, как следствие, привели к его обрушению.
С тех пор технологии строительства мостов претерпели значительные изменения, и инженеры, дизайнеры и архитекторы всегда учитывают явление резонанса при проектировании своих конструкций. Это явление необходимо учитывать не только при возведении мостов, но и при возведении небоскребов, антенн, высоких опор, словом, всего, что теоретически может резонировать с воздушными потоками.
В чем польза или вред явления
Чтобы говорить о положительном или отрицательном влиянии совпадения частот вибрации, необходимо вспомнить его проявление в той или иной сфере деятельности человека.
Положительные стороны
Есть много примеров использования резонанса. Звуковая волна — это вибрация в воздухе. Инструменты обладают способностью красиво звучать, когда размер, форма и материал создают условия для резонанса. Все духовые и язычковые инструменты играют за счет совпадения звуковых частот.
При проектировании и строительстве концертных залов используется эффект акустического резонанса. Звучание музыки, голоса артистов полностью зависят от свойств колебательных движений. Древние архитекторы Средневековья в совершенстве владели искусством строительства конструкций с сильным акустическим эффектом. В соборе Святого Павла (Лондон) есть галерея, где отчетливо слышен любой звук или шепот.
В горнодобывающей промышленности для разрушения или дробления твердых пород применяется метод резонансного разрушения. Это позволяет запускать большой объем за короткое время с большой эффективностью. Сверление отверстий в бетонных конструкциях облегчает сверление с помощью перфоратора.
Большие церковные колокола трудно раскачивать без резонанса. Массивный язычок способен развеять ребенка, если он вовремя дергает за веревочку свободным движением. Взрослый не сможет помочь, если усилия не найдут отклика.
Величина частоты переменного тока измеряется по явлению совпадения частот колебаний. Частотомер применяется там, где необходимо проверить постоянные значения частоты в электрических цепях.
Отрицательный эффект
Явления совпадения частот колебаний различны. При переходе доски между траншеями есть вероятность совпадения темпа шага и системы. Его роль играет деревянная основа с человеком. В результате доска начнет сильно гнуться (вверх, вниз).
Похожая ситуация была зафиксирована в 1906 году в Петербурге на Египетском мосту. Когда конный отряд находился в марше, четкий ритм тренированных лошадей совпадал с колебаниями сооружения через реку Фонтанка. Резонанс привел к внезапному обрушению прочного моста.
Во избежание подобных ситуаций воинским частям предписывается передвигаться свободно, а не «в ногу» при прохождении через такие объекты. Из соображений безопасности существует ограничение скорости движения поездов, пересекающих мост. Поэтому соударения колес с рельсами в стыках возникают реже, чем раскачивание моста. В некоторых случаях для быстрых поездов используется обратный принцип: скорость увеличивается, и поезда движутся с максимальной скоростью.
Корабль имеет свой период колебаний, когда частоты морской волны совпадают с плавающей средой, колебания усиливаются в несколько раз. В этой ситуации капитану необходимо изменить скорость или немного отклониться от курса. В результате действий период волн меняется, высота звука возвращается в норму.
При работе крупных промышленных механизмов из-за дисбаланса (перекоса, изгиба опорного вала) часто возникает сила. Его сила направлена на опору, период приложения может совпадать с колебаниями самого фундамента или с вращением вала. При этом огромные конструкции разрушаются резонансом, вращающиеся части подшипников ломаются. Чтобы предотвратить выход из строя аварийного оборудования, необходимо своевременно принимать меры по срыву действия.
Примеры резонанса в жизни
Толкать человека на качелях — типичный пример этого явления. Качели Под нагрузкой маятник имеет естественную частоту качания и резонансную частоту, устойчивую к тому, чтобы его толкали быстрее или медленнее.
Одним из примеров является раскачивание ракушек на детской площадке, которое ведет себя как маятник. Нажатие на человека при раскачивании в естественном диапазоне колебаний заставляет раскачивание все больше и больше увеличиваться (максимальная амплитуда), в то время как попытка раскачивания в более быстром или медленном темпе создает меньшие дуги. Это связано с тем, что энергия, поглощаемая вибрациями, увеличивается, когда толчки соответствуют естественным вибрациям.
Ответ широко распространен в природе и используется во многих устройствах, созданных руками человека. Это механизм, с помощью которого генерируются практически все синусоидальные волны и вибрации. Многие из звуков, которые мы слышим, например, при ударе о твердые предметы из металла, стекла или дерева, вызваны кратковременными колебаниями объекта. Свет и другое коротковолновое электромагнитное излучение генерируются резонансом на атомном уровне, как электроны в атомах. Другие условия, при которых могут применяться полезные свойства этого явления:
- Механизмы синхронизации в современных часах, балансир в механических часах и кварцевый кристалл в часах.
- Ответ на приливы в заливе Фанди.
- Акустические резонансы музыкальных инструментов и голосового тракта человека.
- Разрушение хрусталя под воздействием правильного музыкального тона.
- Идиофоны трения, такие как создание стеклянного предмета (стакан, бутылка, ваза), вибрируют, когда протирают его кончиком пальца по краю.
- Электрический отклик настроенных цепей на радио- и телевизионных станциях, которые позволяют избирательно принимать радиочастоты.
- Создание когерентного света путем оптического резонанса в лазерном резонаторе.
- Орбитальный отклик на примере некоторых спутников газовых гигантов Солнечной системы.
Резонансы материалов на атомном уровне являются основой нескольких спектроскопических методов, используемых в физике конденсированного состояния, например:
- Электронный наддув.
- Эффект Мёссбауэра.
- Ядерно-магнитный.
Откуда появилось выражение «общественный резонанс»
В связях с общественностью слово резонанс пришло из физики, где оно обозначает волновую реакцию на внешнее воздействие. Выражается в значительном увеличении амплитуды колебаний, когда частота внешних воздействий совпадает со значениями частот данного тела или системы.
Если мы перенесем это определение на социальные отношения, где внешнее влияние (импульс) — это события, которые получают определенный отклик между различными социальными слоями, то мы получим это понятие. Общественный резонанс — это эмоциональная реакция на определенное событие, будь то заявление известного человека, несчастный случай, политическое решение, природное явление и многое другое.
Физическое определение и привязка к объектам
Резонанс в электрической цепи
Механический резонанс изучить, что это такое, несложно, простыми словами объясняют следующее. Если вы слишком часто ударяете в большой колокол, звук быстро затухает. Постепенно увеличивая интервал, даже не меняя силы удара, можно создать мощные звуковые колебания. Этот пример демонстрирует совпадение указанных выше частот.
По мере уменьшения размера колокола ритм эффектов изменяется для достижения желаемого эффекта
В сложных системах необходимо учитывать наличие нескольких резонансных частот и соответствующего суммарного показателя. Также обратите внимание на фактор Q. Этот термин относится к способности объекта воспринимать внешние вибрации. При значениях, близких к единице, допускается критическое увеличение амплитуды вибрации, вплоть до механического отказа.
Общественный резонанс как орудие влияния или давления
Искусственно созданный широкий общественный резонанс — это инструмент воздействия или давления со стороны определенного лобби, ряда заинтересованных лиц. С помощью СМИ они воздействуют на сознание граждан, пытаясь внедрить нужные им настройки, информацию с нужным им содержанием.
Это своего рода механизм давления на законодательную или исполнительную власть, на суды. СМИ, прежде всего, манипулируют человеческими эмоциями, пытаясь подчеркнуть нужные им детали, игнорируя самое важное, а зачастую и намеренно раздувая масштаб события.
Кто создает общественный резонанс
Основным органом создания общественного резонанса являются СМИ. Именно в их недрах формируется информативный материал, способный иметь большой общественный резонанс. Это делается путем акцентирования внимания на определенном, иногда незначительном событии, в то время как умалчивая о более важных новостях, имеющих значительную или равную ценность.
Практические примеры вынужденных колебаний и резонанса
Давайте посмотрим на примеры различных типов физического резонанса:
В 5. Как качели являются примером резонанса?
Колебание можно подталкивать через равные промежутки времени, чтобы оно соответствовало его собственной резонансной частоте, чтобы заставить его колебаться с высокой амплитудой. Сильный ветер может вызвать структурный резонанс в подвесном мосту, что может вызвать катастрофические обрушения.
Добротность колебательной системы
Последовательный метод подключения функциональных компонентов может быть использован для учета других важных параметров колебательного контура. Напряжение на конденсаторе (Uc) при воздействии сигнала с резонансной частотой (Fres) определяется характеристическим сопротивлением:
p = √L / C.
Такая же разность потенциалов будет генерироваться на катушке индуктивности. Польза и вред рассматриваемого явления указываются в единицах добротности (Q = p / R = (1 / R) / √L / C) = (Fк * L) / R = 1 / Fк * R * C) и затухание (1 / Q)… Здесь Fk обозначает собственную частоту цикла.
Фактор качества определяет эффективность системы. Расчетное значение показывает соотношение между запасенной в цепи энергией и потерями в цикле колебаний. Этот параметр определяет избирательность радиоприемников и передатчиков. Для оценки измерьте амплитуду спектра, при которой амплитуда сигнала уменьшается до 70% от максимального значения. Разность частот (ΔF) называется полосой пропускания. Коэффициент качества можно выразить следующим образом:
Q = Fê / ΔF.
Добротность механической колебательной системы
Положительные и отрицательные стороны резонанса
Увеличение колебаний в два и более раза по сравнению с исходным допуском технического задания может привести к разрушению конструкции. Однако одно и то же проявление в другой ситуации выполняет полезные функции. Плюсы и минусы резонанса удобно изучать на конкретных примерах.
Резонансный преобразователь
Для преобразования импульсного сигнала в синусоидальный можно использовать инвертор, изображенный на рисунках. Принцип действия заключается в периодическом накоплении и возврате энергии через реактивные компоненты. При правильном выборе элементов колебательный контур выполняет функции фильтра. Трансформатор является дополнительной индуктивностью в цепи, поэтому основная катушка может быть уменьшена. Требуемое выходное напряжение задается количеством витков обмоток.
Строительство системы отопления, использующей электричество, вырабатываемое солнечными батареями, имеет определенную причину. Эти «бесплатные» генераторы дешевеют по мере совершенствования технологии производства. Эффективный индукционный нагреватель можно собрать самостоятельно. Некоторые схемы по эффективности не уступают заводским аналогам.
Водонагреватель
Следующие резонансные примеры демонстрируют негативные стороны явления:
- чрезмерное увеличение амплитуды колебаний элементов подвески автомобилей;
- вредный и неприятный звук, создаваемый на резонансных частотах технологическим оборудованием;
- возникновение помех на акустических, оптических и радиотрактах.
В 1. Является ли эхо примером резонанса? | В чем разница между резонансным эхом и реверберацией ?
Нет, резонанс в физике относится к явлению, при котором амплитуда волны увеличивается, когда частота периодически прикладываемой силы (или ее компонента Фурье) становится сопоставимой или равной собственной частоте системы, на которую действует сила. В то время как эхо относится к отражению звуковой волны (когда она ударяется о твердый объект), которая достигает слушателя с небольшой задержкой или задержкой после исходного звука.
- https://www.poznavayka.org/fizika/rezonans/
- https://ElectroInfo.net/teorija/chto-takoe-rezonans-v-chem-ego-polza-i-opasnost.html
- https://ru.lambdageeks.com/reallife-resonance-examples-everyday-faq/
- https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/894-vliyanie-yavleniya-rezonansa/
- https://www.lighting-sale.ru/osnovy-elektrotexniki/yavlenie-rezonansa-primery-pol-za-i-vred-ot-ego-vozdeystviya-v-zhizni-metody-bor-by-s-otklikom/
- https://BusinessMan.ru/obschestvennyiy-rezonans-eto-emotsionalnyiy-otklik-obschestva-na-opredelennoe-sobyitie.html
- https://amperof.ru/teoriya/rezonans-chto-eto-takoe.html