Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 15. Примеры резонансных явлений
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 15. Примеры резонансных явлений. Резонанс играет очень
большую роль в самых разнообразных явлениях, причем в од- них — полезную, в других — вредную. Приведем несколько примеров, относящихся к механическим колебаниям. Идя по доске, перекинутой через ров, можно попасть шагами в резонанс с собственным периодом системы (доски с человеком на ней), и доска начинает тогда сильно колебаться (изгибать- ся вверх и вниз). То же самое может случиться и с мостом, по которому проходит войсковая часть или проезжает поезд (периодическая сила обусловливается ударами ног или ударами колес на стыках рельсов). Так, например, в 1906 г. в Петербурге обрушился так называемый Египетский мост через реку Фон- танку. Это произошло при переходе через мост кавалерийского эскадрона, причем четкий шаг лошадей, отлично обученных це- ремониальному маршу, попал в резонанс с периодом моста. Для предотвращения таких случаев войсковым частям при переходе через мосты приказывают обычно идти не «в ногу», а вольным шагом. Поезда же большей частью переезжают мосты на мед- ленном ходу, чтобы период ударов колес о стыки рельсов был значительно больше периода свободных колебаний моста. Ино- гда применяют обратный способ «расстройки» периодов: поезда проносятся через мосты на максимальной скорости. Случается, что период ударов колес на стыках рельсов сов- падает с периодом колебаний вагона на рессорах, и вагон тогда очень сильно раскачивается. Корабль также имеет свой период качаний на воде. Если морские волны попадают в резонанс с пе- риодом корабля, то качка становится особенно сильной. Капитан меняет тогда скорость корабля или его курс. В результате период волн, набегающих на корабль, изменяется (вследствие изменения относительной скорости корабля и волн) и уходит от резонанса. Неуравновешенность машин и двигателей (недостаточная центровка, прогиб вала) является причиной того, что при ра- боте этих машин возникает периодическая сила, действующая на опору машины — фундамент, корпус корабля и т. п. Период силы может совпасть при этом с периодом свободных колебаний
40 Гл. I. Основные понятия. Механические колебания опоры или, например, с периодом колебаний изгиба самого вра- щающегося вала или с периодом крутильных колебаний этого вала. Получается резонанс, и вынужденные колебания могут быть настолько сильны, что разрушают фундамент, ломают валы и т. д. Во всех таких случаях принимаются специальные меры, чтобы избежать резонанса или ослабить его действие (расстрой- ка периодов, увеличение затухания — демпфирование и др.). Очевидно, для того чтобы с помощью наименьшей периоди- ческой силы получить определенный размах вынужденных коле- баний, нужно действовать в резонанс. Тяжелый язык большого колокола может раскачать даже ребенок, если он будет натяги- вать веревку с периодом свободных колебаний языка. Но самый сильный человек не раскачает язык, дергая веревку не в резо- нанс. На явлении резонанса основано действие прибора, предназна- ченного для определения частоты переменного тока, сила кото- рого изменяется по гармоническому закону (см. том II, § 153). Такие приборы, носящие название язычковых частотомеров, обычно применяются для контроля постоянства частоты в элек- Рис. 28. Язычковый частотомер: а) внешний вид; б) схема устройства трической сети. Внешний вид прибора изображен на рис. 28, а. Он состоит из набора упругих пластинок с грузиками на концах (язычков), причем массы грузиков и жесткости пластинок подо- браны так, что частоты соседних язычков отличаются на одно и то же число герц. У частотомера, изображенного на рис. 28, а, Гл. I. Основные понятия. Механические колебания 41 частоты язычков идут через каждые 0,5 Гц. Эти частоты напи- саны на шкале против язычков. Устройство частотомера схематически показано на рис. 28, б. Исследуемый ток пропускается через обмотку электромагнита. Колебания якоря передаются планке, с которой связаны осно- вания всех язычков и которая укреплена на гибких пластин- ках. Таким образом, на каждый язычок действует гармоническая сила, частота которой равна частоте тока. Язычок, попавший в резонанс с этой силой, колеблется с большей амплитудой и показывает на шкале свою частоту, т. е. частоту тока. В дальнейшем мы еще не раз встретимся с явлением резо- нанса, когда будем изучать звуковые и электрические колебания. Именно эти колебания дадут нам особенно яркие примеры п о- л е з н о г о применения резонанса.
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|