Resonants vs loomulik sagedus
Resonants ja omasagedus on kaks väga olulist teemat, mida käsitletakse teema lained ja vibratsioonid all. See mängib olulist rolli ka sellistes valdkondades nagu vooluringiteooria, katastroofijuhtimine, inseneriteadused ja isegi bioteadused. See artikkel püüab arutleda nende kahe nähtuse, nende olulisuse, sarnasuste ja lõpuks nende erinevuste üle.
Looduslik sagedus
Igal süsteemil on omadus, mida nimetatakse omasageduseks. Süsteemi loomulik sagedus on väga oluline; see on sagedus, mida süsteem järgib, kui süsteem on varustatud väikese võnkumisega. Sellised sündmused nagu maavärinad ja tuuled võivad objekte hävitada sama loomuliku sagedusega kui sündmus ise. Väga oluline on mõista ja mõõta süsteemi loomulikku sagedust, et kaitsta seda selliste loodusõnnetuste eest. Omasagedus on otseselt seotud resonantsiga. Seda selgitatakse hiljem. Süsteemidel, nagu hooned, elektroonika- ja elektriahelad, optilised süsteemid, helisüsteemid ja isegi bioloogilised süsteemid, on loomulikud sagedused. Need võivad olenev alt süsteemist olla impedantsi, võnkumise või superpositsiooni kujul.
Resonants
Kui süsteemile (nt pendlile) antakse väike võnkumine, hakkab see kõikuma. Selle kõikumise sagedus on süsteemi loomulik sagedus. Kujutage nüüd ette süsteemile rakendatavat perioodilist välisjõudu. Selle välisjõu sagedus ei pruugi olla sarnane süsteemi loomuliku sagedusega. See jõud püüab süsteemi võnkuda jõu sagedusele. See loob ebaühtlase mustri. Osa välisjõust saadavat energiat neelab süsteem. Vaatleme nüüd juhtumit, kus sagedused on samad. Sel juhul liigub pendel vab alt maksimaalselt välisjõust neelatud energiaga. Seda nimetatakse resonantsiks. Sel juhul, isegi kui pendel ja jõud ei oleks samas faasis, kohaneks pendel lõpuks jõu faasiga. See on sundvõnkumine. Kuna pendel neelab kõige rohkem energiat resonantsil, on pendli amplituud resonantsil maksimaalne. See on oht, mida maavärinad ja tormid endaga kaasa toovad. Oletame, et hoone loomulik sagedus on sama, mis maavärina oma, siis hoone kõikub suurima amplituudiga, mis lõpuks kokku variseb. LCR-ahelates on ka resonantsseisund. Iga LCR-i kombinatsiooni impedants sõltub alternatiivse voolu sagedusest. Resonants toimub minimaalse impedantsi juures. Minimaalsele sagedusele vastav sagedus on resonantssagedus. Kõrgeima impedantsi korral öeldakse, et süsteem on antiresonants. Seda resonantsi ja antiresonantsi kasutatakse laialdaselt vastav alt häälestusahelates ja filtriahelates.
Mis vahe on resonantsil ja loomulikul sagedusel?
• Omasagedus on süsteemi omadus.
• Resonants on sündmus, mis tekib siis, kui süsteem on varustatud välise perioodilise jõuga, millel on omasagedus.
• Süsteemi jaoks saab arvutada loomuliku sageduse.
• Toitejõu amplituud määrab resonantsi amplituudi.
