В физике и в технических дисциплинах довольно часто встречается явление, называемое резонансом. Если прочитать стандартное объяснение резонанса из учебника, то глаза вылезут из орбит.
Резонанс - частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.
Давайте попробуем дать более простое объяснение.
Речь идёт о том, что у каждого колеблющегося тела есть некоторая собственная частота колебаний при попадании в которую, сторонняя частота вызовет резкое увеличение амплитуды. На картинке собственная частота - это синяя кривая. А красная кривая - результат совместных усилий с участием явления резонанса :)
Часто приводится пример про строй людей, идущих в ногу и про мост. Если они пойдут строем через мост да ещё и в ногу, велик риск, что возникнет резонанс и мост обрушится. Такой пример даже был в истории. В Санкт-Петербурге мост однажды и правда рассыпался из-за такой ситуации.
Технически не сложно представить, что значит совпадение частоты внешнего воздействия с некоторой таинственной внутренней частотой. При некоторых условиях одна частота вполне может оптимально совпасть с другой.
Также совсем не сложно понять, что происходит отклик системы на это воздействие при наличии совпадения по частотам. Были колебания с одной амплитудой, появилось внешнее воздействие - эта амплитуда резко прыгнула.
Сложнее всего разобраться с причиной возникновения явления резонанса, с понятием стационарных колебаний и собственной частотой.
Если уж мы заговорили про мост, то получается, что неподвижный мост всегда находится в невидимых колебаниях?
ли, даже лучше (ведь мост может и правда качаться от ветра или других воздействий) рассмотреть явление резонанса, которое способно разрушить хрустальные бокалы. Там тоже оно появляется вследствие существования у неподвижного тела некоторых собственных колебаний?
Разбирательства рационально начать с того, что вникнуть в понятие собственные колебания.
Представим, как качается маятник. Или, даже лучше, как качаются качели.
Качели качаются с определенной амплитудой и частотой. Если это движение происходит без приложения внешних сил, то есть сила эта была приложена один раз, вывела качели из равновесия и сейчас они качаются сами, то мы имеем дело с собственной частотой колебания тела.
Резонанс бы тут выглядел также, как выглядит кто-то из родителей, раскачивая ребенка на качелях.
Собственная частота колебания качелей с ребенком "ловится" родителем и родитель прикладывает силу в направлении, способствующим усилению раскачивания. Вот и вышел резонанс. Получается, что произошла передача энергии от одного тела к другому телу, когда они колебались и произошло это в фазе их движения. Имеем механический резонанс.
Любой другой вид резонанса работает абсолютно также.
Но, вопрос про мост и хрустальный бокал остаются.
Секрет тут кроется в том, что тела на самом деле были подвижны и имели собственные колебания. Вероятно, даже незаметные глазом. Но всегда, когда есть явление резонанса, есть какие-либо собственные колебания, предшествующие этому. Ведь идеальное состояние покоя в окружающем мире - штука гипотетическая. Например, чуть выше приведена съемка рюмки под воздействием звука. Сначала там появились собственные стационарные колебания от первого удара звука, а потом волна добила их до резонанса и уничтожения.
Ещё в определении речь шла про стационарные колебания. Почему стационарные?
Стационарными колебаниями называются колебания, характеристики которых (амплитуда, частота, фаза и другие параметры) не меняются во времени. В противном случае колебания называются нестационарными. Звучит снова очень сложно, но ситуация гораздо проще, чем изложено выше.
Колебания, происходящие по закону синуса или косинуса, тоже являются стационарными в некотором промежутке времени. Эта характеристика введена в определение резонанса для того, чтобы было понятно с какой формой колебания мы работаем на практике. Ведь закон изменения может оказаться абсолютно любым и резонанс сможет проявиться далеко ни в каждой системе.
Примеров резонанса вокруг нас существует огромное количество. Оно может проявлять себя в электрофизике, механике, физике звука и во множестве других случаев.
В процессе исследования этого явления оказалось, что резонанс можно использовать во благо науки. Одним из самых ярких примеров является радиоприемник. В радиоприемнике есть колебательный контур, в котором создаются те самые стационарные собственные колебания. При воздействии резонирующей частоты, которая передается радиостанцией, происходит явление резонанса и мы в итоге получаем звук с определенными характеристиками.
