Różnica między rezonansem a częstotliwością naturalną

Rezonans vs częstotliwość naturalna

Rezonans i częstotliwość naturalna to dwa bardzo ważne tematy omawiane pod tematem fal i wibracji. Odgrywa także istotną rolę w takich dziedzinach, jak teoria obwodów, zarządzanie katastrofami, inżynieria, a nawet nauki przyrodnicze. W tym artykule postaram się omówić te dwa zjawiska, ich znaczenie, podobieństwa i wreszcie różnice.

Naturalna frekwencja

Każdy system ma właściwość zwaną częstotliwością naturalną. Naturalna częstotliwość systemu jest bardzo ważna; jest to częstotliwość, którą podąża system, jeśli system jest wyposażony w małą oscylację. Wydarzenia takie jak trzęsienia ziemi i wiatry mogą zniszczyć obiekty o tej samej częstotliwości naturalnej, co samo zdarzenie. Bardzo ważne jest zrozumienie i pomiar częstotliwości naturalnej systemu, aby chronić go przed takimi klęskami żywiołowymi. Częstotliwość naturalna jest bezpośrednio związana z rezonansem. Wyjaśnimy to później. Systemy takie jak budynki, obwody elektroniczne i elektryczne, systemy optyczne, systemy dźwiękowe, a nawet systemy biologiczne mają częstotliwości naturalne. Mogą występować w postaci impedancji, oscylacji lub superpozycji, w zależności od układu.

Rezonans

Kiedy system (np. Wahadło) zostanie poddany niewielkiej oscylacji, zacznie się kołysać. Częstotliwość, z jaką się kołysze, jest naturalną częstotliwością systemu. Teraz wyobraź sobie okresową siłę zewnętrzną przykładaną do układu. Częstotliwość tej siły zewnętrznej niekoniecznie musi być podobna do częstotliwości naturalnej systemu. Siła ta spróbuje oscylować system do częstotliwości siły. To tworzy nierówny wzór. Część energii z siły zewnętrznej jest absorbowana przez system. Rozważmy teraz przypadek, w którym częstotliwości są takie same. W takim przypadku wahadło swobodnie kołysze się z maksymalną energią pochłoniętą przez siłę zewnętrzną. To się nazywa rezonans. W takim przypadku nawet gdyby wahadło i siła nie znajdowały się w tej samej fazie, wahadło ostatecznie dostosuje się do fazy siły. To wymuszona oscylacja. Ponieważ wahadło pochłania największą ilość energii w rezonansie, amplituda wahadła jest maksymalna w rezonansie. Jest to niebezpieczeństwo, jakie niosą trzęsienia ziemi i burze. Załóżmy, że naturalna częstotliwość budynku jest taka sama jak trzęsienie ziemi, budynek będzie się huśtał z najwyższą amplitudą, w końcu zapadając się. Istnieje również stan rezonansu w obwodach LCR. Impedancja dowolnej kombinacji LCR zależy od częstotliwości prądu alternatywnego. Rezonans zachodzi przy minimalnej impedancji. Częstotliwość odpowiadająca częstotliwości minimalnej to częstotliwość rezonansowa. Przy najwyższej impedancji mówi się, że układ jest antyrezonansowy. Ten rezonans i antyrezonans są szeroko stosowane odpowiednio w obwodach dostrajających i obwodach filtrujących.