Rezonancia vs. prirodzená frekvencia
Rezonancia a vlastná frekvencia sú dve veľmi dôležité témy diskutované v rámci témy vlny a vibrácie. Hrá tiež dôležitú úlohu v oblastiach, ako je teória obvodov, manažment katastrof, inžinierstvo a dokonca aj biologické vedy. Tento článok sa pokúsi diskutovať o týchto dvoch javoch, ich význame, podobnosti a nakoniec aj o rozdieloch.
Prirodzená frekvencia
Každý systém má vlastnosť nazývanú prirodzená frekvencia. Prirodzená frekvencia systému je veľmi dôležitá; je to frekvencia, ktorú bude systém sledovať, ak je systém vybavený malými osciláciami. Udalosti ako zemetrasenia a vetry môžu ničiť objekty s rovnakou prirodzenou frekvenciou ako samotná udalosť. Je veľmi dôležité pochopiť a zmerať prirodzenú frekvenciu systému, aby sme ho ochránili pred takýmito prírodnými katastrofami. Prirodzená frekvencia priamo súvisí s rezonanciou. To bude vysvetlené neskôr. Systémy ako budovy, elektronické a elektrické obvody, optické systémy, zvukové systémy a dokonca aj biologické systémy majú prirodzené frekvencie. Môžu byť vo forme impedancie, oscilácie alebo superpozície v závislosti od systému.
Rezonancia
Keď systém (napr.: kyvadlo) mierne zakmitne, začne sa kývať. Frekvencia, s ktorou sa kolíše, je prirodzenou frekvenciou systému. Teraz si predstavte periodickú vonkajšiu silu aplikovanú na systém. Frekvencia tejto vonkajšej sily nemusí byť nevyhnutne podobná prirodzenej frekvencii systému. Táto sila sa pokúsi rozkmitať systém na frekvenciu sily. Vznikne tak nerovnomerný vzor. Časť energie z vonkajšej sily je absorbovaná systémom. Teraz zvážime prípad, keď sú frekvencie rovnaké. V tomto prípade sa bude kyvadlo voľne kývať s maximálnou energiou absorbovanou z vonkajšej sily. Toto sa nazýva rezonancia. V tomto prípade, aj keby kyvadlo a sila neboli v rovnakej fáze, kyvadlo by sa nakoniec prispôsobilo fáze sily. Toto je nútená oscilácia. Pretože kyvadlo absorbuje najväčšie množstvo energie pri rezonancii, amplitúda kyvadla je maximálna pri rezonancii. Toto je nebezpečenstvo, ktoré prinášajú zemetrasenia a búrky. Predpokladajme, že prirodzená frekvencia budovy je rovnaká ako frekvencia zemetrasenia, budova sa rozkýve s najvyššou amplitúdou a nakoniec sa zrúti. V obvodoch LCR je tiež rezonančný stav. Impedancia ľubovoľnej kombinácie LCR závisí od frekvencie striedavého prúdu. Rezonancia prebieha pri minimálnej impedancii. Frekvencia zodpovedajúca minimálnej frekvencii je rezonančná frekvencia. Pri najvyššej impedancii je systém údajne antirezonančný. Táto rezonancia a antirezonancia sa široko používajú v ladiacich obvodoch a filtračných obvodoch.
Aký je rozdiel medzi rezonanciou a prirodzenou frekvenciou?
• Prirodzená frekvencia je vlastnosťou systému.
• Rezonancia je udalosť, ktorá nastane, keď je systém vybavený vonkajšou periodickou silou, ktorá má prirodzenú frekvenciu.
• Pre systém je možné vypočítať prirodzenú frekvenciu.
• Amplitúda dodanej sily určuje amplitúdu rezonancie.
