Ռեզոնանս

Հարկադրական տատանումների տարբերիչ առանձնահատկությունը դրանց A լայնույթի կախվածությունն է արտաքին ուժի փոփոխման ν հաճախությունից: Այս կախվածությունն ուսումնասիրելու համար կարելի է օգտվել նկարում պատկերված սարքից:  շ Եթե  բռնակը շատ դանդաղ պտտեցնենք, ապա բեռը զսպանակի հետ միասին վեր ու վար կտեղաշարժվի այնպես, ինչպես կախման O կետը: Այս դեպքում հարկադրական տատանումների լայնույթը մեծ չի լինի: Ավելի արագ պտտելու դեպքում բեռը կսկսի ավելի ուժեղ տատանվել, և զսպանակավոր ճոճանակի սեփական հաճախությանը հավասար պտույտի հաճախության դեպքում (ν =νսեփ) նրա տատանումների լայնույթը կհասնի առավելագույնին: Բռնակի պտույտի հաճախության հետագա մեծացման ժամանակ բեռի հարկադրական տատանումների լայնույթը կրկին կփոքրանա: Իսկ բռնակը շատ արագ պտտելու դեպքում բեռը կգտնվի գրեթե անշարժ վիճակում: Իր իներտության պատճառով, չհասցնելով հետևել արտաքին ուժի փոփոխություններին, զսպանակավոր ճոճանակը պարզապես կսկսի «տեղում դողալ»:νսեփ= ν դեպքում հարկադրական տատանումների լայնույթի կտրուկ աճը կոչվում է ռեզոնանս:Հարկադրական տատանումների լայնույթի՝  արտաքին ուժի փոփոխության հաճախությունից կախվածության  գրաֆիկն անվանում են ռեզոնանսային կոր ( նկարում):Այս կորի առավելագույն կետը համապատասխանում է այն ν հաճախությանը, որը հավասար է տատանումների νսեփ սեփական հաճախությանը:  Ռեզոնանսի երևույթը կարելի է ցուցադրել նաև մաթեմատիկական ճոճանակների միջոցով: Փայտե ձողից կախենք մի մեծ գունդ (1) և մի քանի թեթև, տարբեր երկարության թելեր ունեցող ճոճանակներ (տե՛ս նկարը):  

 Ձեռք չտալով թեթև ճոճանակներին` հավասարակշռության վիճակից հանենք մեծ գունդը և բաց թողնենք: Ծանր գնդի ճոճվելու պատճառով ձողը կսկսի պարբերաբար ճկվել, ինչն էլ կհանգեցնի նրան, որ թեթև ճոճանակներից յուրաքանչյուրի վրա կսկսի ազդել պարբերաբար փոփոխվող առաձգականության ուժը: Դրա փոփոխման հաճախությունը հավասար կլինի գնդի տատանումների հաճախությանը: Այս ուժի ներգործության հետևանքով ճոճանակները կսկսեն հարկադրական տատանումներ կատարել: Ընդ որում,  մենք կտեսնենք, որ 2 և 3 ճոճանակները գրեթե անշարժ կմնան, 4 և 5–ը կսկսեն տատանվել մի փոքր ավելի մեծ լայնույթով, իսկ 6–ը, որն ունի թելի նույն երկարությունը, հետևաբար և տատանումների նույն սեփական հաճախությունը, ինչ–որ մեծ գունդը, կտատանվի ամենամեծ լայնույթով:  

 ՈւշադրությունՌեզոնանսի երևույթը կարող է և՛ դրական, և՛ բացասական դեր խաղալ:Հայտնի է, օրինակ, որ մեծ զանգի ծանր լեզվակը կարող է տարուբերել անգամ երեխան, եթե նա պարանի վրա ազդի լեզվակի ազատ տատանումներին համապատասխան: Ռեզոնանսի կիրառման վրա է հիմնված լեզվակավոր հաճախաչափի աշխատանքը: Այս սարքը ընդհանուր հիմքի վրա (1) ամրացված տարբեր երկարության առաձգական թիթեղների (2) և դրանց ամրացված փոքրիկ բեռների (3)  հավաքածու է: Ամեն մի թիթեղի սեփական հաճախությունը հայտնի է: Տատանողական համակարգի հետ, որի հաճախությունը պետք է որոշել, հաճախաչափի շփման ժամանակ առավելագույն լայնույթով սկսում է տատանվել այն թիթեղը, որի հաճախությունը համընկնում է չափվող հաճախությանը: Տեսնելով, թե որ թիթեղն է մտել ռեզոնանսի մեջ` մենք կորոշենք համակարգի տատանումների հաճախությունը (տե՛ս նկարը): 

 ՈւշադրությունՌեզոնանսի կարող ենք հանդիպել նաև այնպիսի դեպքերում, երբ այն միանգամայն անցանկալի է:

 Օրինակներ

Այսպես, 1750 թվականին ՖրանսիայիԱնժեր քաղաքի մոտակայքում` 102 մ երկարությամբ շղթայակապ կամրջի վրայով, անցնում էր համաչափ քայլող զինվորների ջոկատը: Նրանց քայլերի հաճախությունը համընկավ կամրջի ազատ տատանումների հաճախությանը: Այդ պատճառով կամրջի տատանումների լայնույթը կտրուկ մեծացավ (սկսվեց ռեզոնանսը), և շղթաները պոկվեցին: Կամուրջն ընկավ գետը:Կարելի է հիշել նման այլ դեպքեր:              

      Այժմ այդպիսի պատահարները կանխելու նպատակով կամրջով անցնելիս զորամասերին հրաման է տրվում շարժվել ոչ թե շարային, այլ ազատ քայլքով:Իսկ եթե կամրջով գնացք է անցնում, ապա ռեզոնանսից խուսափելու համար այն կամ դանդաղ է շարժվում, կամ ընդհակառակն, առավելագույն արագությամբ: ՕրինակՌեզոնանսի կարելի է հանդիպել ոչ միայն ցամաքում, այլև ջրում և անգամ օդում: Այսպես, թիալիսեռի պտտման որոշակի հաճախության դեպքում ռեզոնանսի մեջ են մտնում ամբողջական նավեր: Իսկ ավիացիայի զարգացման սկզբնական շրջանում որոշ շարժիչներ օդանավերի մասերի այնպիսի հուժկու ռեզոնանսային տատանումներ էին առաջացնում, որ օդանավերը կործանվում էին օդում:

Ռեզոնանսի տիպեր

Մեխանիկական և ակուստիկ ռեզոնանս

Դպրոցական ռեզոնանսային փորձարկում

Մեխանիկական ռեզոնանսը հատուկ է մեխանիկական համակարգին, որի դեպքում էներգիա է կլանվում, երբ նրա տատանումների հաճախությունը համապատասխանում է համակարգի սեփական տատանումների հաճախությանը: Դա կարող է հանգեցնել ուժեղ տատանողական շարժումների և նույնիսկ, անավարտ կոնստրուկցիաներում կատաստրոֆիկ փլուզումների, ներառյալ կամուրջները, շենքերը, գնացքները և ինքնաթիռները: Ինժեներները օբյեկտների նախագծման ժամանակ պետք է ապահովեն, որ բաղկացուցիչ մասերի մեխանիկական ռեզոնանսային հաճախությունները չհամապատասխանեն շարժիչների կամ այլ տատանվող մասերի տատանումների հաճախությանը, երևույթ, որը հայտնի է ռեզոնանսային արհավիրք անվանումով: Յուրաքանչյուր շենքի, աշտարակի, կամրջի կառուցման նախագծում լուրջ խնդիր է հանդիսանում ռեզոնանսային արհավիրքի շրջանցումը: Որպես հակամիջոց, հարվածամեղմիչներըկարող են տեղադրվել ռեզոնանսային հաճախությունների կլանման համար և, այսպիսով ցրեն կլանված էներգիան: Taipei 101 շենքը հենված է 660 տոննանոց ճոճանակի վրա, որի յուղային մարիչը (դեմպֆեր) ռեզոնանսի վերացման համար է: Բացի դրանից, այն նախատեսված է այնպիսի հաճախության ռեզոնանսի համար, որը սովորաբար չի առաջանում: Սեյսմիկ գոտիներում գտնվող շենքերը հաճախ կառուցվում են հաշվի առնվելով շարժվող գրունտի տատնողական հաճախությունները: ժամացույցները դիմանում են հավասարակշռիչ անիվում, ճոճանակում կամ կվարցե բյուրեղում մեխանիկական ռեզոնանսին: Ենթադրվում է, որ վազորդների կադենցիան էներգիական տեսակետից շահավետ է, ներքին վերջավորություններում պահեստավորված առաձգական էներգիայի և վազորդի մարմնի միջև առաջացող ռեզոնանսի պատճառով: Ակուստիկ ռեզոնանսը մարդու համար լսելի ձայնային տիրույթի՝ 20 Հց-ից մինչև 20 000 Հց հաճախային դիապազոնում ընկած տատանումների հետ կապված մեխանիկական ռեզոնանսի ճյուղ է: Այս դիապազոնում շատ նյութեր ու մարմիններ հանդես են գալիս որպես ռեզոնատորներ, և հարվածի դեպքում մեխանիկորեն տատանվում են, սեղմելով շրջապատի օդը և առաջացնելով ձայնային տատանումներ: Սարքաշինության համար ակուստիկ ռեզոնանսը համարվում է կարևորագույնն հասկացություն, քանի որ ակուստիկ գործիքներից շատերը ռեզոնատորներ են՝ ջութակի լարերն ու իրանը, ֆլեյտայի ձողը, թմբուկի մեմբրանի ձևն ու ձգվածությունը: Մեխանիկական ռեզոնանսին համանման, ակուստիկը կարող է բերել օբյեկտի կատաստրոֆիկ կործանմանը: Սրա դասական օրինակ է հանդիսանում բաժակի ջարդվելը ձայնային ալիքով, չնայած պրակտիկայում այն բավական դժվար է: Ակուստիկ համակարգերի և բարձրախոսների համար առանձին մասերի (կորպուսի, դիֆուզորի) ռեզոնանսը հանդիսանում է անցանկալի երևույթ, քանի որ վատացնում է սարքի լայնույթա-հաճախային բնութագիրը և ձայնաարձակման ճշգրտությունը: Որպես բացառություն կարելի է նշել փուլաինվերտորի ակուստիկ համակարգը, որում ստեղծվում է ռեզոնանս ցածր հաճախությունների վերարտադրման լավացման համար: