Resonans vs naturlig frekvens
Resonans og naturlig frekvens er to meget vigtige emner, der diskuteres under emnet bølger og vibrationer. Det spiller også en vital rolle inden for områder som kredsløbsteori, katastrofehåndtering, teknik og endda biovidenskab. Denne artikel vil forsøge at diskutere disse to fænomener, deres betydning, deres ligheder og endelig deres forskelle.
Naturlig frekvens
Hvert system har en egenskab kaldet den naturlige frekvens. Et systems naturlige frekvens er meget vigtig; det er den frekvens systemet vil følge, hvis systemet er forsynet med en lille svingning. Begivenheder som jordskælv og vind kan ødelægge genstande med samme naturlige frekvens som selve begivenheden. Det er meget vigtigt at forstå og måle et systems naturlige frekvens for at beskytte det mod sådanne naturkatastrofer. Naturlig frekvens er direkte relateret til resonans. Det vil blive forklaret senere. Systemer som bygninger, elektroniske og elektriske kredsløb, optiske systemer, lydsystemer og endda biologiske systemer har naturlige frekvenser. De kan være i form af impedans, oscillation eller superposition afhængigt af systemet.
Resonance
Når et system (f.eks. et pendul) får en lille svingning, begynder det at svinge. Frekvensen, hvormed det svinger, er systemets naturlige frekvens. Forestil dig nu en periodisk ekstern kraft påført systemet. Frekvensen af denne ydre kraft svarer ikke nødvendigvis til systemets naturlige frekvens. Denne kraft vil forsøge at oscillere systemet til kraftens frekvens. Dette skaber et ujævnt mønster. Noget energi fra den ydre kraft absorberes af systemet. Lad os nu overveje det tilfælde, hvor frekvenserne er de samme. I dette tilfælde vil pendulet svinge frit med maksimal energi absorberet fra den ydre kraft. Dette kaldes resonans. I dette tilfælde, selvom pendulet og kraften ikke var i samme fase, ville pendulet til sidst tilpasse sig kraftens fase. Dette er en tvungen svingning. Da pendulet absorberer den højeste mængde energi ved resonans, er pendulets amplitude et maksimum ved resonans. Dette er den fare, jordskælv og storme medfører. Antag at en bygnings naturlige frekvens er den samme som jordskælvets, vil bygningen svinge med den højeste amplitude og til sidst kollapse. Der er også en resonanstilstand i LCR-kredsløb. Impedansen af enhver LCR-kombination afhænger af frekvensen af den alternative strøm. Resonansen finder sted ved minimumsimpedansen. Frekvensen svarende til minimumsfrekvensen er resonansfrekvensen. Ved den højeste impedans siges systemet at være anti-resonant. Denne resonans og anti-resonans er meget udbredt i henholdsvis tuning-kredsløb og filterkredsløb.
Hvad er forskellen mellem resonans og naturlig frekvens?
• Naturlig frekvens er en egenskab ved et system.
• Resonans er en hændelse, der opstår, når et system er forsynet med den eksterne periodiske kraft, som har den naturlige frekvens.
• Naturlig frekvens kan beregnes for et system.
• Amplituden af den tilførte kraft bestemmer amplituden af resonansen.
