Rezonance vs přirozená frekvence
Rezonance a vlastní frekvence jsou dvě velmi důležitá témata diskutovaná v rámci tématu vlny a vibrace. Hraje také důležitou roli v oblastech, jako je teorie obvodů, zvládání katastrof, inženýrství a dokonce i vědy o živé přírodě. Tento článek se pokusí diskutovat o těchto dvou fenoménech, jejich významu, jejich podobnostech a nakonec jejich rozdílech.
Přirozená frekvence
Každý systém má vlastnost zvanou vlastní frekvence. Přirozená frekvence systému je velmi důležitá; je to frekvence, kterou bude systém sledovat, pokud je systém vybaven malým kmitáním. Události, jako jsou zemětřesení a vítr, mohou ničit objekty se stejnou přirozenou frekvencí jako událost samotná. Je velmi důležité porozumět a měřit přirozenou frekvenci systému, abychom jej ochránili před takovými přírodními katastrofami. Vlastní frekvence přímo souvisí s rezonancí. To bude vysvětleno později. Systémy jako budovy, elektronické a elektrické obvody, optické systémy, zvukové systémy a dokonce i biologické systémy mají přirozené frekvence. Mohou být ve formě impedance, oscilace nebo superpozice v závislosti na systému.
Resonance
Když systém (např.: kyvadlo) lehce zakmitá, začne se houpat. Frekvence, se kterou se houpe, je přirozená frekvence systému. Nyní si představte periodickou vnější sílu působící na systém. Frekvence této vnější síly nemusí být nutně podobná vlastní frekvenci systému. Tato síla se pokusí rozkmitnout systém na frekvenci síly. Vznikne tak nerovnoměrný vzor. Část energie z vnější síly je absorbována systémem. Nyní uvažujme případ, kdy jsou frekvence stejné. V tomto případě se bude kyvadlo volně kývat s maximální energií absorbovanou z vnější síly. Tomu se říká rezonance. V tomto případě, i kdyby kyvadlo a síla nebyly ve stejné fázi, kyvadlo by se nakonec přizpůsobilo fázi síly. Jedná se o nucenou oscilaci. Protože kyvadlo absorbuje největší množství energie při rezonanci, je amplituda kyvadla maximální při rezonanci. To je nebezpečí, které přinášejí zemětřesení a bouře. Předpokládejme, že přirozená frekvence budovy je stejná jako při zemětřesení, budova se rozhoupe s nejvyšší amplitudou a nakonec se zhroutí. V obvodech LCR je také rezonanční stav. Impedance libovolné kombinace LCR závisí na frekvenci střídavého proudu. Rezonance probíhá při minimální impedanci. Frekvence odpovídající minimální frekvenci je rezonanční frekvence. Při nejvyšší impedanci je systém údajně antirezonanční. Tato rezonance a antirezonance je široce používána v ladicích obvodech a filtračních obvodech.
Jaký je rozdíl mezi rezonancí a vlastní frekvencí?
• Vlastní frekvence je vlastnost systému.
• Rezonance je událost, ke které dochází, když je systém vybaven vnější periodickou silou, která má vlastní frekvenci.
• Vlastní frekvenci lze vypočítat pro systém.
• Amplituda dodávané síly určuje amplitudu rezonance.
