В радиотехнике очень широко используется явление резонанса. Что такое резонанс, поясним на нескольких примерах.
Известно, что при переходе через мост воинская часть не должна идти в ногу.
Маршировка приводит к тому, что мост начинает колебаться. По мере прохождения части колебания становятся всё заметнее и могут достигнуть такой силы, что мост рухнет.
На дереве висит яблоко. Мальчик хочет его сорвать, но не может дотянуться до ветки. От этой ветки отходит вниз тонкая веточка, но и её мальчик еле-еле достаёт.
Схватив веточку, мальчик сильно дёргает её, чтобы пригнуть к себе ветку с яблоком. Но тонкая веточка ломается. Нельзя сорвать яблоко, действуя таким образом.
Теперь мальчик слегка подёргивает веточку, стараясь раскачать большую ветку — и ветка с яблоком начинает постепенно приближаться к мальчику. В конце концов ритмичные колебания ветки настолько усиливаются, что легко достать яблоко рукой.
Подобное явление можно наблюдать и при раскачивании качелей. Чтобы раскачать качели, не нужно прилагать большую силу, если толкаешь сиденье в нужный момент — в момент его наибольшего отклонения.
И мост, и ветка, и качели, и любая другая колебательная система имеет собственную частоту колебаний.
При этом колебания колебательной системы легко возбуждаются и достигают большой силы (размаха, амплитуды) в том случае, когда поддерживающие их импульсы (толчки) совпадают по частоте с частотой колебаний самой системы. Такое явление называется резонансом.
Высокая фабричная труба может обрушиться от непрерывных толчков, даже слабых, если они совпадают с её собственными колебаниями.
Певица звуками своего голоса может вызвать звучание соответствующих струн рояля. Это явление объясняется резонансом.
То же самое происходит и при ударе по камертону: находящийся вблизи другой такой же камертон начинает колебаться — вступает в резонанс с первым камертоном.
Звуковые колебания, вызванные камертоном, распространяясь в воздухе, достигают другой камертон, который настроен в унисон с первым (в резонанс с ним).
За счёт энергии звуковых колебаний второй камертон начинает колебаться, издавая звук того же тона, что и тон первого камертона. Если второй камертон окажется настроенным на другой тон, то он не будет реагировать на распространяющийся в воздухе звук.
Между двумя одинаковыми камертонами не возникнет резонанса, если один из них несколько расстроить, например, путём укрепления на его плече маленького зажима.
Подобные явления имеют место и в радиотехнике. Радиоприёмник только тогда принимает нужную станцию, если он настроен на длину её волны. В этом случае возникает явление электрического резонанса, благодаря которому и оказывается возможным приём радиопередачи.
Приводимые ниже примеры поясняют, в каких условиях может возникнуть явление резонанса.
Девочка хочет раскачать тяжёлый груз, подвешенный на длинном канате.
Для этого не нужно большой силы. Ребёнок очень быстро заставит груз сильно раскачиваться, если будет толкать его в соответствующие моменты (в моменты наибольшего отклонения груза).
Если же толкать качающийся груз невпопад, то он очень скоро остановится.
Теперь ребёнок не смог приноровить моменты толчков к ритму качания груза (колебательной системы).
_______________________________________________________________________________________
Мальчик дует на лёгкий шарик, подвешенный на нитке (маятник), чтобы раскачать его ритмичными толчками струи воздуха. В этом опыте толчки воздуха должны следовать один за другим через определённые промежутки времени, соответствующие свойствам данной колебательной системы.
Если промежутки времени между отдельными толчками воздуха выбраны неверно, то шарик не будет качаться.
Поэтому импульсы, которыми хотят заставить шарик раскачиваться, должны быть строго приспособлены (подстроены) к длине маятника и его весу (к свойствам колебательной системы).
Сравним электромагнитные волны с воздушными волнами. Представим себе, что на антенне передающей радиостанции сидит мальчик, который через равные промежутки времени выдувает изо рта воздух. Воздушные волны расходятся в пространстве во все стороны.
Их нижние полуволны соответствуют наиболее слабым моментам выдоха, а верхние — наиболее сильным, причём промежутки между отдельными выдохами постоянные и строго приспособлены к свойствам колебательной системы в виде маятника, который, допустим, находится внутри приёмника.
Под влиянием толчков воздуха маятник начинает колебаться.
Если собственная частота колебаний маятника не соответствует этим периодическим толчкам (маятник не настроен в резонанс), то он не будет раскачиваться. Приёмник не начнёт работать.
Заменим периодические толчки воздуха радиоволной, которую излучает антенна передающей станции, а маятник — специальной электрической колебательной системой приёмника — колебательным контуром. Теперь, по аналогии, легко понять, что электрические импульсы вол-ны заставят колебательную систему колебаться, если она окажется соответствующим образом настроенной.
При этом колебательная система создаст переменное напряжение высокой частоты, равной частоте колебаний волны, воздействующей на приёмную антенну, и в результате в контуре возникнет ток высокой частоты.
Продолжение https://dzen.ru/a/aYHiNNsuOVYunR5P
Предыдущая глава https://dzen.ru/a/aXjrn5-BqSk7Pit1