Rezonancia vs természetes frekvencia
A rezonancia és a sajátfrekvencia a hullámok és rezgések témakörben tárgy alt két nagyon fontos téma. Létfontosságú szerepet játszik olyan területeken is, mint az áramkörelmélet, a katasztrófavédelem, a mérnöki tudományok és még az élettudományok is. Ez a cikk megpróbálja megvitatni ezt a két jelenséget, jelentőségüket, hasonlóságaikat és végül különbségeiket.
Természetes frekvencia
Minden rendszer rendelkezik egy sajátfrekvenciának nevezett tulajdonsággal. Egy rendszer természetes frekvenciája nagyon fontos; ez az a frekvencia, amelyet a rendszer követni fog, ha a rendszert kis oszcillációval látják el. Az olyan események, mint a földrengések és a szél, ugyanolyan természetes gyakorisággal pusztíthatnak tárgyakat, mint maga az esemény. Nagyon fontos megérteni és mérni egy rendszer természetes frekvenciáját, hogy megvédjük az ilyen természeti katasztrófáktól. A természetes frekvencia közvetlenül összefügg a rezonanciával. Később kifejtjük. Az olyan rendszerek, mint az épületek, az elektronikus és elektromos áramkörök, az optikai rendszerek, a hangrendszerek és még a biológiai rendszerek is rendelkeznek saját frekvenciával. A rendszertől függően lehetnek impedancia, oszcilláció vagy szuperpozíció formájában.
Rezonancia
Amikor egy rendszer (pl.: egy inga) kis oszcillációt kap, az elkezd lendülni. Az ingás frekvenciája a rendszer természetes frekvenciája. Most képzeljünk el egy periodikus külső erőt a rendszerre. Ennek a külső erőnek a frekvenciája nem feltétlenül hasonló a rendszer sajátfrekvenciájához. Ez az erő megpróbálja a rendszert az erő frekvenciájára oszcillálni. Ez egyenetlen mintát hoz létre. A külső erőből származó energia egy részét a rendszer elnyeli. Most nézzük meg azt az esetet, amikor a frekvenciák azonosak. Ebben az esetben az inga szabadon leng, a külső erőből maximálisan elnyelt energiával. Ezt rezonanciának hívják. Ebben az esetben, még ha az inga és az erő nem is lenne ugyanabban a fázisban, az inga végül alkalmazkodik az erő fázisához. Ez egy kényszerített oszcilláció. Mivel az inga rezonanciakor nyeli el a legtöbb energiát, az inga amplitúdója a rezonancia maximuma. Ez a földrengések és viharok veszélye. Tegyük fel, hogy egy épület sajátfrekvenciája megegyezik a földrengés frekvenciájával, akkor az épület a legnagyobb amplitúdóval leng, és végül összeomlik. Az LCR áramkörökben is van rezonanciaállapot. Bármely LCR kombináció impedanciája az alternatív áram frekvenciájától függ. A rezonancia a minimális impedancián megy végbe. A minimális frekvenciának megfelelő frekvencia a rezonancia frekvencia. A legmagasabb impedanciánál a rendszer antirezonánsnak mondható. Ezt a rezonanciát és antirezonanciát széles körben használják hangoló áramkörökben és szűrőáramkörökben.
Mi a különbség a rezonancia és a természetes frekvencia között?
• A természetes frekvencia egy rendszer tulajdonsága.
• A rezonancia egy olyan esemény, amely akkor következik be, amikor egy rendszert külső periodikus erővel látnak el, amelynek sajátfrekvenciája van.
• A természetes frekvencia kiszámítható egy rendszerhez.
• A szolgáltatott erő amplitúdója határozza meg a rezonancia amplitúdóját.
