Rezonans - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy efektu fizycznego. Zapoznaj się również z: inne znaczenia tego słowa.

Rezonans – zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań.

Omegatron - rodzaj spektrometru mas, w którym do oddzielenia jonów o określonej masie wykorzystuje się rezonans cyklotronowy jonów poruszających się w cyklotronie. Jony poruszają się w polu magnetycznym, a są przyspieszane prostopadłym do niego zmiennym polem elektrycznym wielkiej częstotliwości. Jeśli częstotliwość ta jest odpowiednio dobrana do masy jonu to jony poruszają się po spirali i trafiają w kolektor. Jony o innych masach nie trafiają w miejsce przyspieszenia w odpowiednich momentach i nie są przyspieszane, przez co ich tory zamykają się z daleka od kolektora.

Tłumienie (gaśnięcie) drgań, to stopniowe zmniejszenie się amplitudy drgań swobodnych wraz z upływem czasu, związane ze stratami energii układu drgającego. Tłumienie obserwowane jest zarówno w układach mechanicznych jak elektrycznych. W przypadku fal biegnących tłumienie prowadzi do zmniejszania się amplitudy fali wraz ze wzrostem odległości od źródła, co wynika z rozpraszania energii w otoczeniu falowodu.

Drgania harmoniczne tłumione

Drgania harmoniczne tłumione występują dla wymuszonego oscylatora harmonicznego tłumionego, czyli drgań o jednym stopniu swobody, tłumionych i wymuszonych. Przy tłumieniu i wymuszaniu nie zmieniającym się w czasie układ dochodzi do drgań z częstotliwością wymuszającą i stałą amplitudą. Taka sytuacja zwana jest stanem stacjonarnym.

Zjawisko fizyczne – przemiana, na skutek której zmieniają się tylko właściwości fizyczne ciała lub obiektu fizycznego, natomiast właściwości chemiczne pozostają bez zmian. Definicja używana przez chemików.

Spektroskopia NMR, Spektroskopia Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (ang. Nuclear Magnetic Resonance) – jedna z najczęściej stosowanych obecnie technik spektroskopowych w chemii i medycynie.

Zależność amplitudy drgań od częstotliwości dla różnych współczynników tłumienia

Stan stacjonarny

Dla drgań wymuszonych w stanie stacjonarnym układ drgający pobiera i rozprasza średnio moc równą: $P = P_0 \frac{\Gamma^2 \omega^2}{(\omega^2 - \Omega^2)^2 + \Gamma^2 \omega^2 }$ ,

gdzie: $P\,$ – rozpraszana moc, $P_0\,$ – moc rozpraszana dla $\omega = \Omega\,$ , $\omega\,$ – częstość drgań wymuszających, $\Omega\,$ – częstość drgań własnych oscylatora, $\Gamma\,$ – współczynnik tłumienia.

Przedział częstości $\Delta\omega\,$ dla której moc rozpraszana jest równa połowie mocy z maksimum jest nazywana szerokością rezonansu i jest równa odwrotności czasu zaniku (czasu życia) drgań:

Obwód rezonansowy jest obwodem elektrycznym, składającym się z kondensatora i cewki. W obwodzie tym zachodzi rezonans prądów (w równoległym) lub napięć (w szeregowym). Rezonans napięć następuje wtedy, gdy reaktancje cewki XL i kondensatora XC są sobie równe co do wartości bezwzględnej, (XL = -XC). Rezonans prądów następuje wtedy gdy susceptancja cewki -BL = BC

Pulsacja (częstość kołowa) - wielkość określająca, jak szybko powtarza się zjawisko okresowe. Pulsacja jest powiązana z częstotliwością (f) i okresem (T) poprzez następującą zależność:

$\Delta\omega = \Gamma = \frac{1}{\tau}$ .

Zależność ta oznacza, że dla drgań słabo tłumionych krzywa rezonansowa jest wysoka i wąska, dla drgań silnie tłumionych niska i szeroka. Zależność ta umożliwia też określenie współczynnika tłumienia obwodu rezonansowego na podstawie obserwacji szerokości krzywej rezonansowej.

Oscylator harmoniczny - model teoretyczny w naukach ścisłych opisujący układ w parabolicznym potencjale — potencjał oscylatora harmonicznego, bądź krócej potencjał harmoniczny, czyli kwadratowa zależność potencjału od odległości V∼r, gdzie r jest odległością w N-wymiarowej przestrzeni, N zależy od konkretnej realizacji modelu. Ze względu na skalę modelowanych zjawisk wyróżnia się klasyczny oscylator harmoniczny oraz kwantowy oscylator harmoniczny.

Amplituda w ruchu drgającym i w ruchu falowym jest to największe wychylenie z położenia równowagi. Jednostka amplitudy zależy od rodzaju ruchu drgającego: dla drgań mechanicznych jednostką może być metr, jednostka gęstości lub ciśnienia (np. dla fali podłużnej); dla fali elektromagnetycznej tą jednostką będzie V/m.

Zależność kwadratu amplitudy, energia oscylacji wyrażają się podobnym wzorem i są proporcjonalne do $I(\omega)\,$ : $I(\omega) \propto \frac{\frac{\Gamma}{2}}{(\omega - \Omega)^2 + \left( \frac{\Gamma}{2} \right)^2 }$ .

Amplituda tych drgań zależy od częstości drgań wymuszających $\omega\,$ . Gdy $\omega\,$ jest bliskie częstotliwości drgań własnych oscylatora $\Omega\,$ , to amplituda rośnie i osiąga maksimum dla częstości drgań własnych zwanych częstością rezonansową. Zjawisko to nazywa się rezonansem amplitudy. Podobnie można mówić o rezonansie mocy, gdy energia pobierana przez układ drgający, a dostarczana przez oscylującą siłę zewnętrzną, osiąga maksimum $\Omega\,$ .

Drgania swobodne (drgania własne) są to drgania ciała wywołane wychyleniem z położenia równowagi trwałej, kiedy na ciało nie działają żadne siły, poza siłami określającymi położenie równowagi i siłami dążącymi do jej przywrócenia. Amplituda drgań zależy od wielkości początkowego wychylenia (energii potencjalnej) lub od prędkości początkowej (energii kinetycznej) nadanej ciału.

Pudło rezonansowe - część instrumentu muzycznego, która współgra z wibratorem (np. ze strunami w gitarze, skrzypcach) i powoduje wzmocnienie dźwięku.