Мир науки
Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!
Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары
Применение резонанса и борьба с ним
Явление резонанса используется в музыкальных инструментах для усиления звука. Резонанс применяется во многих приборах, в том числе и измерительных. Его часто используют также, когда нужно сдвинуть с места что-нибудь тяжелое, например, застрявший автомобиль.
В таком случае выбирают частоту толчков так, чтобы она совпала с собственной частотой системы, в результате амплитуда колебаний возрастает и в конце концов становится настолько большой, что тело уже не возвращается в прежнее состояние.
Случается, что резонанс приводит даже к разрушению зданий и мостов. Опасно резонанс и при работе любых машин, у которых есть части, вращающимися и движущимися периодически (а такие части есть практически во всех машинах). Например, «разбалансировки» вала станка или двигателя проявляется в том, что при вращении вала возникает периодическая сила, действующая на основе механизма, а через нее — на здание. Если частота этой силы окажется близкой к собственной частоте здания, амплитуда колебаний здания может возрасти настолько, что это приведет к разрушениям.
Чтобы избежать нежелательных проявлений резонанса, действуют двумя способами:
1) «розузгоджують» частоты, совпадение которых может привести к резонансу. Для этого изменяют или частоту внешней силы, или собственную частоту системы;
2) увеличивают затухание колебаний, например, ставят двигатель на резиновую подкладку или пружины.
Вопрос к ученикам во время изложения нового материала
1. Что такое механическая энергия?
2. Что такое потенциальная и кинетическая энергии?
3. В каких точках траектории колеблющегося тело имеет только кинетическую энергию?
4. В какие моменты движения колеблющейся тело имеет лишь потенциальную энергию?
5. По какой причине затухают колебания?
6. Приведите примеры вынужденных колебаний.
7. Приведите примеры полезного использования резонанса.
8. В каких случаях необходимо избегать резонанса?
Источник
Применение резонанса и борьба с ним
Если какая-либо колебательная система находится под действием внешней периодической силы, то может наступить резонанс и связанное с ним резкое увеличение амплитуды колебаний. Любое упругое тело, будь то мост, станина машины, ее вал, корпус корабля, представляет собой колебательную систему и характеризуется собственными частотами колебаний.
При работе двигателей нередко возникают периодические усилия, связанные с движением частей двигателя (например, поршней) или же с недостаточно точной центровкой их вращающихся деталей (например, валов). Если частота периодических усилий совпадает с частотой свободных колебаний, то возникает резонанс.
Амплитуда колебаний может возрасти настолько, что возможна поломка машин, хотя напряжение в материале и не превышает предела прочности при статических нагрузках. Дело в том, что железо, сталь и другие материалы при переменных нагрузках более или менее быстро теряют прочность, после чего внезапно разрушаются. Во всех этих случаях принимаются специальные меры, чтобы не допустить наступления резонанса или ослабить его действие.
По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:
Для этого увеличивают трение в системе или же добиваются, чтобы собственные частоты колебаний не совпадали с частотой внешней силы.
Известны случаи, когда приходилось перестраивать океанские лайнеры, чтобы уменьшить вибрацию. При переходе через мост воинским частям запрещается идти в ногу. Строевой шаг приводит к периодическому воздействию на мост. Если случайно частота этого воздействия совпадет с собственной частотой колебаний моста, то он может разрушиться.
Мы приводили примеры вредных последствий резонанса. Но есть и полезные. Резиновый На явлении резонанса основано амортизатор устройство частотомера — прибора для измерения частоты переменного тока. Прибор состоит из набора упругих пластин. Пластины закреплены на общей планке (рис. 68). Каждая пластина обладает определенной собственной частотой колебаний, зависящей от ее упругих свойств, длины и массы. Собственные частоты колебаний пластин известны.
Возможно вам будут полезны данные страницы:
Под действием электромагнита планка, а с ней вместе все пластины совершают вынужденные колебания. Но лишь та пластина, собственная частота колебаний которой совпадает с частотой колебаний планки, будет иметь большую амплитуду колебаний. Это и позволяет определить частоту переменного тока.
| Со многими другими, гораздо |
более важными применениями резонанса мы ознакомимся в дальнейшем. 1. Два маятника представляют собой шарики одинакового радиуса, подвешенные на нитях равной длины. Массы шариков различны. Колебания какого из маятников прекратятся быстрее: легкого или тяжелого! 2. Приходилось ли вам наблюдать явления резонанса дома или на улице! 3.
Для того чтобы удержать открытую дверь в вестибюле метро (дверь открывается в обе стороны и возвращается в положение равновесия пружинами), нужно приложить к ручке двери силу около 50 Н. Можно ли открыть дверь, приложив к ручке силу 0,005 Н! (Трением в петлях двери пренебречь.) 4. При каком условии резонансные свойства колебательной системы проявляются отчетливо! * * * Таким образом, мы ознакомились с механическими колебаниями.
Обратим внимание на одну общую для всех колебаний черту, отличающую их от других видов механического движения. Как правило, при рассмотрении механического движения тела (например, движения космического корабля или планеты под действием сил всемирного тяготения) задача состоит в нахождении положения тела и его скорости в любой момент времени.
Но при изучении периодических колебательных процессов особый интерес представляют общие признаки, характеризующие повторяемость в движении, а не положение и скорость колеблющегося тела в любой момент времени. Важно знать амплитуду, период колебания, т. е. величины, характеризующие процесс в целом. При вынужденных колебаниях надо знать отношение частот вынуждающей силы и свободных колебаний. Именно оно определяет характер течения процесса.
Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔ 
Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.
Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.
Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.
Источник
Инфразвук среди нас
К звуковому диапазону частот относят акустические колебания от 20 Гц до 20 кГц, которые воспринимаются человеческим ухом. Под шумом понимают беспорядочное сочетание разных по силе и частоте звуков. По преимуществу преобладания акустической энергии в той или иной части спектра шум делят на низкочастотный (до 500 Гц), среднечастотный (от 500 до 1000 Гц) и высокочастотный (от 1000 до 8000 Гц).
Однако, человеческое ухо не воспринимает инфразвуки. Это звуковые волны, которые возбуждают тела, совершающие меньше 16 колебаний в секунду. В природе источником таких звуков могут быть движения воздушных масс, колебания воды в большом водоеме, биение сердца или другое медленно вибрирующее тело. Подает свой «голос» промышленность и транспорт. Но иногда привычный хор нарушается катаклизмами. Дело в том, что бури, цунами, землетрясения, ураганы, подводные и подземные взрывы, пожары, тоже генерируют инфразвук.
Характерное свойство инфразвука — весьма малое (по сравнению со слышимыми звуками) поглощение в воздухе. Из-за большой длины волны на инфразвуковых частотах невелико и рассеивание звука в природной среде, более значительное рассеивание создают только очень крупные объекты: холмы, горы, высокие строения и др. В результате инфразвуки распространяются на очень большие расстояния, постепенно очищаясь от слышимых звуков, которые поглощаются быстрее. Известно, что звуки извержения вулканов, атомных взрывов могут много раз огибать земной шар, сейсмические волны способны пронизывать всю толщу Земли. Элементарная частица нейтрино обладает, как известно, громадной проникающей способностью. Инфразвук — своего рода «акустическое нейтрино», он способен проходить без заметного ослабления через стекла окон и даже сквозь стены.
Длина инфразвуковой волны весьма велика (на частоте 3,5 герца она равна 100 метрам), проникновение ее в ткани тела также велико; фигурально говоря, человек слышит инфразвук всем телом. Какие же неприятности может причинить проникший в тело инфразвук? Более сотни лет человечество усиленно изучает свой слуховой орган, занимающий лишь ничтожную часть поверхности тела, и все еще нельзя считать процесс слухового восприятия полностью изученным.
Инфразвуковые частоты от 0,1–10 Гц являются резонансными для внутренних органов человека и могут вызывать боли в желудке, кишечнике, в сердце, суставах. Частоты от 10 Гц до 30 Гц вызывают целый комплекс различных заболеваний. Добавим сюда частоты 64–75 Гц, совпадающие с частотой пульса. Совпадение частот может привести к возникновению резонанса:
20-30 Гц (резонанс головы);
40-100 Гц (резонанс глаз);
0,5-13 Гц (резонанс вестибулярного аппарата);
4-6 Гц (резонанс сердца);
2-3 Гц (резонанс желудка);
2-4 Гц (резонанс кишечника);
6-8 Гц (резонанс почек);
2-5 Гц (резонанс рук).
Ритмы, характерные для большинства систем организма человека, лежат в инфразвуковом диапазоне:
сокращения сердца 1-2 Гц
дельта-ритм мозга (состояние сна) 0,5-3,5 Гц
альфа-ритм мозга (состояние покоя) 8-13 Гц
бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц
Самым опасным здесь считается промежуток от 6 до 9 Гц. Значительные психотропные эффекты сильнее всего выказываются на частоте 7 Гц, созвучной альфа-ритму природных колебаний мозга, причем любая умственная работа в этом случае делается невозможной, поскольку кажется, что голова вот-вот разорвется на мелкие кусочки. Звук малой интенсивности вызывает тошноту и звон в ушах, а также ухудшение зрения и безотчетный страх. Звук средней интенсивности расстраивает органы пищеварения и мозг, рождая паралич, общую слабость, а иногда слепоту. Упругий мощный инфразвук способен повредить, и даже полностью остановить сердце. Обычно неприятные ощущения начинаются со 120 дБ, травмирующие — со 130 дБ. Инфрачастоты около 12 Гц при силе в 85-110 дБ, наводят приступы морской болезни и головокружение, а колебания частотой 15-18 Гц при той же интенсивности внушают чувства беспокойства, неуверенности и, наконец, панического страха.
Выделяют инфразвуки природного и промышленного происхождения. К природным источникам относят ураганы, штормы, цунами, землетрясения, извержения вылканов, крупные водопады, сильные грозы. В эту группу включен ветер, возникающий между высотными зданиями, а также хлопающие двери. Промышленными (техногенными) причинами инфразуковых колебаний являются движущийся автомобильный транспорт, сельскохозяйственные тракторы, самолеты, вибростолы, промышленные установки аэродинамического и ударного действия, вентиляционные системы промышленных зданий.
Во время сильных порывов ветра уровень инфразвуковых колебаний (частота 0,1 Гц) достигает на верхних этажах высотных зданий 140 децибел, то есть даже несколько превышает порог болевого ощущения уха в диапазоне слышимых частот.
Воздействие шума с низкочастотной и инфразвуковой составляющей на работников в промышленном производстве или на транспорте (автомобильном, авиационном, морском и речном) сопровождается увеличением общей заболеваемости и увеличением числа болезней, характерных для действия шума и инфразвука. Это указывает на суммирование неблагоприятных эффектов при сочетанном влиянии шума и инфразвука. В структуре заболеваемости преобладают болезни органов слуха, дыхания, кровообращения, пищеварения, кожи и подкожной клетчатки, нервной системы, а ведущее место среди них занимают нейросенсорная тугоухость и артериальная гипертензия. При наличии на рабочих местах одновременно шума и инфразвука условия труда должны оцениваться на одну ступень выше.
При выборе средств и способов защиты от низкочастотного шума и инфразвука необходимо иметь в виду, что специализированных средств защиты от инфразвука нет; в производственных условиях инфразвук часто сочетается с интенсивным шумом; большинство средств индивидуальной защиты, предназначенных для защиты органа слуха, малоэффективны на частотах ниже 500 Гц (ослабление звука не превышает 15 дБ).
При воздействии инфразвука с уровнями, превышающими ПДУ, и интенсивного шума необходимо обеспечить защиту не только органа слуха, но и центральной и вегетативной нервных систем, сердечно-сосудистой системы, органов дыхания. Разработаны промышленные образцы наушников и экспериментальные образцы противошумных шлемов и жилетов, существенно снижающих уровень акустической энергии в низкочастотном и инфразвуковом диапазонах.
Важная роль в обеспечении защиты от низкочастотных шумов и инфразвука на рабочих местах принадлежит мероприятиям по оптимизации условий профессиональной деятельности — применению коллективных средств защиты, снижению продолжительности пребывания в зоне шума, чередованию периодов работы и отдыха.
Большое значение для понимания процессов образования инфразвука на производстве, разработки мероприятий по доведению его уровней до гигиенического норматива, обоснованию способов индивидуальной и коллективной защиты, выбору средств индивидуальной защиты имеет производственный контроль условий труда за факторами рабочей среды.
Для защиты населения от низких инфразвуковых частот звукоизоляция крайне неэффективна — требуются очень толстые и массивные звукоизолирующие перегородки. Также неэффективны звукопоглощение и акустическая обработка помещений. Поэтому основным способом борьбы с инфразвуком является уменьшение шума в источнике, по пути распространения, в ограниченном пространстве.
Понижение уровня инфразвука в источнике предполагает уменьшение колебаний вибрирующего объекта, возмущающих сил. Понижение уровня инфразвука по пути распространения достигается применением реактивных глушителей. Понижение уровня инфразвука в ограниченном пространстве осуществляется увеличением жесткости ограждений.
Нормативный общий уровень звукового давления инфразвука на территории жилой застройки 75 дБ лин., в жилых и общественных помещениях – 90 дБ лин. (СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки»), уровни инфразвука на рабочих местах не должны превышать 95-100 дБ лин. (СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах»).
1. В.Н. Зинкин, С.К. Солдатов, А.В. Богомолов, С.П. Драган. //Актуальные проблемы защиты населения от низкочастотного шума и инфразвука». -Технологии гражданской безопасности. — 2015
2. Ихлов Б.Л. Инфразвук, микроволны и профилактика заболеваний // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 2
3. Нехорошев А.С.// Санитарно-эпидемиологический надзор за источниками инфразвука и эффективностью мероприятий по профилактике его воздействия на организм работающих. – ГОУВПО Санкт-Петербургская ГМА им.И.И.Мечникова ФАЗСР.
4. СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки»
5. СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах»
Источник
