Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Гремячевская школа № 1

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТ

«Резонанс в природе и технике»

                                                             Руководитель: Поплова Юлия Павловна,

 учитель физики

р.п. Гремячево

2021 г.

Оглавление

ВИЗИТНАЯ КАРТОЧКА ПРОЕКТА……………………………………………………….……….……….……………………3

Введение……………………………………………………………………..………………………………………………………..…3

I.                    ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. Теоретическая.

1.1.      Колебания и их частота………………………………………………………………………………………………..4

1.2.     Вред и польза резонанса. 5

1.3.     Примеры резонанса. 6

1.4.     Интересные факты.. 7

II.       Практическая часть. 8

III.        Заключение……………………………………………………………………………………………………………..……9

Список  литературы……………………………………………………………………………………………………….……….10

Приложение…………………………………………………………..………………………………………………………………11

ВИЗИТНАЯ КАРТОЧКА ПРОЕКТА

Введение

Мы часто слышим слово резонанс: «общественный резонанс», «событие, вызвавшее резонанс», «резонансная частота». Вполне привычные и обыденные фразы. Но можем ли мы точно сказать, что такое резонанс? Для этого я и провел исследовательскую работу, чтобы точно знать, что такое резонанс.

Цель работы – изучить  «Резонанс в природе и технике».

Актуальность работы обусловлена тем, что явление резонанса имеет большое значение почти для всех прикладных отраслей электротехники и очень активно используют в радиотехнике, в прикладной акустике, в электротехнике, электронике и других отраслях.

Теоретическая значимость работы состоит в оптимизации и упорядочивании существующей научно-методологической базы по исследуемой проблематике. Исследование вносит вклад в изучение явления резонанса и результатов его применения в прикладных отраслях электротехники и на этой основе, могут быть скорректированы новые подходы для исследования резонанса и его применение.

Практическая значимость работы определяется тем, что рассмотренные в ней вопросы непосредственно связаны с явление резонанса и его применением, а также делает акцент на предупреждении негативных, разрушительных последствий резонанса, которые могут нанести вред как людям, так и природе.

Предмет исследования: Резонанс.

Объект исследования: Резонанс в природе и технике.

Задачи:

·         раскрыть сущность явления резонанса;

·         изучить виды резонанса;

·         показать использование явления резонанса в различных отраслях техники.

I.                  ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. Теоретическая.

1.1.                     Колебания и их частота

Колебания характеризуются амплитудой и частотой.

Амплитуда колебаний - это максимальная высота.

Частота колебаний (измеряется в Герцах) - это количество колебаний в единицу времени. 1 Герц - это одно колебание за одну секунду.

Виды колебаний:

Свободные - колебания, происходящие под воздействием одной возвращающей силы (первоначально сообщенной энергии).

Вынужденные - колебания, происходящие под воздействием внешней периодически меняющейся силы (вынуждающей силы).

Автоколебания- колебания, происходящие при периодическом поступлении энергии от источника внутри колебательной системы.

Простейший пример колебаний - катание на качелях (рис.1). Так же мы можем раскачивать качели медленно или быстро. В зависимости от этого будет меняться частота колебаний.

Толкая качели в определенный момент и с определенной периодичностью можно довольно сильно раскачать их, прилагая совсем немного усилий. Это и будет резонанс: частота наших воздействий совпадает с частотой колебаний качелей и амплитуда колебаний увеличивается.

Таким образом суть явления резонанса в физике состоит в том, что амплитуда колебаний резко возрастает при совпадении частоты воздействия.

1.2.                     Вред и польза резонанса

Использование:

·                    Растворение порошкового молока в воде.

·                    Резонаторы в музыкальных инструментах.

·                    Магнитно-резонансное обследование организма.

·                    Раскачивание качелей.

·                    Раскачивание языка колокола.

Вред:

·                    Разрушение сооружений.

·                    Обрыв проводов.

·                    Расплескивание воды из ведра.

·                    Вибрации в трубопроводах.

·                    Раскачивание груза на подъёмном кране.

К примеру, польза резонаторов в музыкальных инструментах.

Звуковые колебания, переносимые звуковой волной, могут служить вынуждающей, периодически изменяющейся силой для колебательных систем и вызывать в этих системах явление резонанса, т.е. заставить их звучать. Такой резонанс называют акустическим.

Резонанс – один из важнейших физических процессов, используемых при проектировании звуковых устройств, большинство из которых содержат резонаторы, например, струны и корпус скрипки, трубка у флейты, корпус у барабанов. Благодаря резонансу звучность музыкальных инструментов усиливается, и обогащается их тембровая окраска.

Возьмём гитару. Само по себе звучание струн гитары будет тихим и почти неслышным. Однако струны неспроста устанавливают над корпусом – резонатором. Попав внутрь корпуса, звук от колебаний струны усиливается, а тот, кто держит гитару, может почувствовать, как она начинает слегка «трястись», вибрировать от ударов по струнам.

Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн. (рис.2)

1.3.                     Примеры резонанса

Электрический резонанс

Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты внешнего источника с собственной частотой электрической цепи называется электрическим резонансом.

Электрический резонанс можно  использовать  в двигателях с активными постоянными магнитами. Поскольку управляющий электромагнит периодически меняет полярность, т.е. питается переменным током, электромагниты можно включить в состав колебательного контура с емкостью.

Электрический резонанс играет полезную роль при настройке радиоприемника на нужную радиостанцию, изменяя величины индуктивности и ёмкости, можно добиться того, что собственная частота колебательного контура совпадёт с частотой электромагнитных волн, излучаемых какой-либо радиостанцией. В результате этого в контуре возникнут резонансные малы. Это приводит к настройке радиоприёмника на нужную станцию.

Общественный резонанс

Общественный резонанс — это реакция множества людей (возмущение, волнение, отклики и т.д.) на определенные действия (информация, поведение, высказывание и т.п.) кого-либо или чего-либо. Общественный резонанс может быть вызван искусственно путем привлечения средствами массовой информации общественного внимания к тому или иному социальному или политическому событию.

Кроме того, общественный резонанс используется теми или иными группами для давления на судебные органы, исполнительную и законодательную власть, правительство, общественные организации и политические партии.

1.4.                     Интересные факты

Так вот интересный факт: ветер или солдаты, шагающие в ногу, могут разрушить мост. Это происходит если собственная частота моста, совпадет с возмущающей силой, что вызывает резонанс. Таких случаев бывало немало. Так, к примеру, в 1940 г. обрушился мост Тэйкома в США от автоколебаний, вызванных ветром (рис.3).

О знаменитом певце Шаляпине  говорят, что он мог запеть так, что лопались плафоны в люстрах. Это не легенда, а вполне объяснимый с точки зрения физики факт. Это происходит  когда  частота собственных колебаний стеклянного плафона,  совпадает с частотой акустических волн.

В странах Востока, например в Японии, во время землетрясения часто бывало так, что разрушались железобетонные здания, стальные мосты, а деревянные пагоды стояли как ни в чём ни бывало. В чем был секрет пагод? Секрет пагод на хорошем изобретательском уровне: внутри каждой пагоды древние строители подвешивали  сверху вниз  длинную  деревянную балку с грузом на конце. Частоту колебаний этого своеобразного маятника подбирали такой, что во время землетрясения он раскачивался в противофазе с самой постройкой, помогая гасить колебания (рис.4).

II.       Практическая часть

Акустический резонанс двух камертонов

  Акустический 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.

Для наблюдения акустического резонанса воспользуемся двумя одинаковыми  камертонами (рис.5). Оба камертона закреплены на резонаторных ящиках. Отверстие ящиков обращены навстречу друг другу. Одной из ветвей левого камертона касается бусинка подвешенной  на длинной нити. С помощью ударника, приведем  в колебание правый камертон. Бусинка приходит в движение от толчка ветви левого камертона. При возбуждении правого камертона левый также начинает звучать. Движение бусинки говорит о том, что вилка левого камертона тоже начинает  колебаться.

III.          Заключение

Мы изучили теоретический материал и узнали, что такое явление резонанса, где оно встречается в жизни, когда оно бывает полезным и вредным.

Явление резонанса широко применяется в таких науках как биология, сейсмология, астрономия, физика и т.д. Без явления резонанса невозможно было бы играть на пианино, скрипке, гитаре и других инструментах, вошедших в нашу жизнь. Изучать колебания важно, потому что это часть нашей жизни, на каждом шагу мы можем их встретить.

Нашему взору открыта лишь малая часть знаний о явлении резонанса. Сюда относится практически весь спектр ассоциаций, связанных со словом «резонанс». Это и маятники на общей нити, и посуда, дребезжащая в шкафу в ответ на проехавший по улице трамвай, и раскачивание качелей и т.д.

Список литературы:

1. Джасмухин Духовный резонанс / Джасмухин. - Москва: Мир, 2004. - 688 c.

2. Петер, А. Ринкк Магнитный резонанс в медицине. Основной учебник Европейского форума по магнитному резонансу (+CD-ROM) / Петер А. Ринкк. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. - 256 c.

3. Тимофеев, А.Б. Механические колебания и резонансы в организме человека / А.Б. Тимофеев. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 899 c.

4. Фримэн, Р. Магнитный резонанс в химии и медицине / Р. Фримэн. - Москва: Машиностроение, 2009. - 654 c.

5. Чижик, В.И. Квантовая радиофизика. Магнитный резонанс и его приложения / В.И. Чижик. - М.: Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ), 2009. - 711 c.

6. Интернет-ресурсы:

https://www.youtube.com/watch?v=s9uBzuT7BMY

https://ktonanovenkogo.ru/voprosy-i-otvety/rezonans-chto-ehto-takoe-prostymi-slovami.html

https://zaochnik.ru/blog/rezonans-v-fizike-dlya-chajnikov/

                           Рис.3

                             Рис.4

                                  Рис.5