ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗОНАНСА И БОРЬБА С НИМ

ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗОНАНСА И БОРЬБА С НИМ


Если какая-либо колебательная система находится под действием внешней периодической силы, то может наступить резонанс и связанное с ним резкое увеличение амплитуды колебаний. Любое упругое тело, будь то мост, станина машины, ее вал, корпус корабля, представляет собой колебательную систему и характеризуется собственными частотами колебаний. При работе двигателей нередко возникают периодические усилия, связанные с движением частей двигателя (например, поршней) или же с недостаточно точной центровкой их вращающихся деталей (например, валов). Если частота периодических усилий совпадает с частотой свободных колебаний, то возникает резонанс. Амплитуда колебаний может возрасти настолько, что возможна поломка машин, хотя напряжение в материале и не превышает предела прочности при статических нагрузках. Дело в том, что железо, сталь и другие материалы при переменных нагрузках более или менее быстро теряют прочность, после чего внезапно разрушаются. Во всех этих случаях принимаются специальные меры, чтобы не допустить наступления резонанса или ослабить его действие. Для этого увеличивают трение в системе или же добиваются, чтобы собственные частоты колебаний не совпадали с частотой внешней силы. Известны случаи, когда приходилось перестраивать океанские лайнеры, чтобы уменьшить вибрацию. При переходе через мост воинским частям запрещается идти в ногу. Строевой шаг приводит к периодическому воздействию на мост. Если случайно частота этого воздействия совпадет с собственной частотой колебаний моста, то он может разрушиться. Мы приводили примеры вредных последствий резонанса. Но есть и полезные. Резиновый На явлении резонанса основано амортизатор устройство частотомера — прибора для измерения частоты переменного тока. Прибор состоит из набора упругих пластин. Пластины закреплены на общей планке (рис. 68). Каждая пластина обладает определенной собственной частотой колебаний, зависящей от ее упругих свойств, длины и массы. Собственные частоты колебаний пластин известны. Под действием электромагнита планка, а с ней вместе все пластины совершают вынужденные колебания. Но лишь та пластина, собственная частота колебаний которой совпадает с частотой колебаний планки, будет иметь большую амплитуду колебаний. Это и позволяет определить частоту переменного тока. Со многими другими, гораздо более важными применениями резонанса мы ознакомимся в дальнейшем. 1. Два маятника представляют собой шарики одинакового радиуса, подвешенные на нитях равной длины. Массы шариков различны. Колебания какого из маятников прекратятся быстрее: легкого или тяжелого! 2. Приходилось ли вам наблюдать явления резонанса дома или на улице! 3. Для того чтобы удержать открытую дверь в вестибюле метро (дверь открывается в обе стороны и возвращается в положение равновесия пружинами), нужно приложить к ручке двери силу около 50 Н. Можно ли открыть дверь, приложив к ручке силу 0,005 Н! (Трением в петлях двери пренебречь.) 4. При каком условии резонансные свойства колебательной системы проявляются отчетливо! * * * Таким образом, мы ознакомились с механическими колебаниями. Обратим внимание на одну общую для всех колебаний черту, отличающую их от других видов механического движения. Как правило, при рассмотрении механического движения тела (например, движения космического корабля или планеты под действием сил всемирного тяготения) задача состоит в нахождении положения тела и его скорости в любой момент времени. Но при изучении периодических колебательных процессов особый интерес представляют общие признаки, характеризующие повторяемость в движении, а не положение и скорость колеблющегося тела в любой момент времени. Важно знать амплитуду, период колебания, т. е. величины, характеризующие процесс в целом. При вынужденных колебаниях надо знать отношение частот вынуждающей силы и свободных колебаний. Именно оно определяет характер течения процесса.