ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Drganiaklasa 2 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/2/fizyka/tlumienie-wymuszenie-i-rezonans/

Fizyka · Drgania · kl. 2

Tłumienie, wymuszenie i rezonans

Dlaczego małe, ale dobrze zgrane w czasie pchnięcia rozhuśtają huśtawkę, a dużo większa siła przykładana w złym rytmie prawie nic nie da?

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Drgania własne, tłumione i wymuszone

  • Tłumienie i drgania wymuszone poznajesz tu pomocniczo – po to, by zrozumieć rezonans.
  • Oznaczenia: f0 – częstotliwość drgań własnych układu [Hz]; f – częstotliwość siły wymuszającej [Hz]; A – amplituda [m].
  • Układ wychylony i puszczony swobodnie drga z własną częstotliwością f0 (drgania własne). Zależy ona od budowy układu, np. od długości wahadła albo od masy ciężarka i sprężyny.
  • Opory ruchu zabierają energię, więc amplituda drgań swobodnych z czasem maleje – to tłumienie.
  • Gdy na układ działa okresowo zmienna siła zewnętrzna (siła wymuszająca), układ wykonuje drgania wymuszone i po chwili drga z częstotliwością tej siły f.

2Rezonans

Zapamiętaj

Rezonans mechaniczny to silny wzrost amplitudy drgań wymuszonych, gdy częstotliwość siły wymuszającej zbliża się do częstotliwości drgań własnych układu (f ≈ f0).

  • Huśtawka: popychasz ją w rytmie jej kołysania, więc każde pchnięcie dodaje energii we właściwej chwili i amplituda rośnie.
fAf0małe tłumienieduże tłumienie
Krzywa rezonansowa: amplituda A w zależności od częstotliwości f siły wymuszającej, dla małego i dużego tłumienia
  • Tłumienie obniża i poszerza szczyt rezonansowy: przy małych oporach szczyt jest wysoki i wąski.
Uwaga na błąd

„rezonans występuje, gdy siła jest bardzo duża”

Rezonans zależy od zgrania częstotliwości, a nie od wartości siły.

Sprawdź, czy rozumiesz

Częstotliwość drgań własnych układu wynosi f_0 = 2 Hz. Przy której częstotliwości siły wymuszającej amplituda będzie największa?

3Przykłady i zastosowania

  • Wahadła sprzężone: dwa wahadła o tej samej długości zawieszone na wspólnym sznurku. Rozhuśtane jedno pobudza drugie, bo mają równe f0, a energia przechodzi przez zawieszenie.
  • Kieliszek i dźwięk: głośny dźwięk o częstotliwości równej częstotliwości drgań własnych kieliszka może go rozbić.
  • Mosty i budynki: konstruktorzy dbają, by wymuszenia (kroki, wiatr, maszyny, wstrząsy) nie miały częstotliwości bliskiej f0 konstrukcji, i montują tłumiki drgań.

✎Ściąga: Tłumienie, wymuszenie i rezonans

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Rezonans mechaniczny to silny wzrost amplitudy drgań wymuszonych, gdy częstotliwość siły wymuszającej zbliża się do częstotliwości drgań własnych układu (f ≈ f0).
  • Oznaczenia: f0 – częstotliwość drgań własnych układu [Hz]; f – częstotliwość siły wymuszającej [Hz]; A – amplituda [m].
  • Wahadła sprzężone: dwa wahadła o tej samej długości zawieszone na wspólnym sznurku. Rozhuśtane jedno pobudza drugie, bo mają równe f0, a energia przechodzi przez zawieszenie.
  • Kieliszek i dźwięk: głośny dźwięk o częstotliwości równej częstotliwości drgań własnych kieliszka może go rozbić.
  • Mosty i budynki: konstruktorzy dbają, by wymuszenia (kroki, wiatr, maszyny, wstrząsy) nie miały częstotliwości bliskiej f0 konstrukcji, i montują tłumiki drgań.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Kiedy zachodzi rezonans mechaniczny?

    1. AGdy układ drga swobodnie, bez siły wymuszającej
    2. BGdy amplituda jest równa zero
    3. CGdy częstotliwość siły wymuszającej jest bliska częstotliwości drgań własnych
    4. DGdy siła wymuszająca ma bardzo dużą wartość
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Gdy częstotliwość siły wymuszającej jest bliska częstotliwości drgań własnych – Rezonans to silny wzrost amplitudy przy f ≈ f0; nie wymaga dużej siły.

  2. Co dzieje się z amplitudą drgań swobodnych układu, gdy działają opory ruchu?

    1. AJest stała
    2. BRośnie w czasie
    3. CZmienia się losowo
    4. DMaleje w czasie
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Maleje w czasie – Opory zabierają energię (tłumienie), więc amplituda drgań swobodnych maleje.

  3. Jak większe tłumienie wpływa na rezonans?

    1. APrzesuwa rezonans do zerowej częstotliwości
    2. BNie ma żadnego wpływu
    3. CObniża i poszerza szczyt rezonansowy
    4. DPodwyższa szczyt rezonansowy
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Obniża i poszerza szczyt rezonansowy – Silniejsze opory rozpraszają więcej energii, więc największa amplituda jest mniejsza, a szczyt szerszy.

  4. Rozhuśtywanie huśtawki pchnięciami w rytmie jej kołysania to przykład

    1. Arezonansu
    2. Brównowagi trwałej
    3. Cruchu jednostajnego
    4. Ddrgań swobodnych bez oporów
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: rezonansu – Pchamy z częstotliwością równą częstotliwości drgań własnych huśtawki, więc amplituda rośnie.

  5. Dlaczego kieliszek może pęknąć pod wpływem dźwięku?

    1. ASzkło traci masę
    2. BCzęstotliwość dźwięku jest równa częstotliwości jego drgań własnych
    3. CDźwięk go nagrzewa
    4. DKażdy głośny dźwięk niszczy szkło
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Częstotliwość dźwięku jest równa częstotliwości jego drgań własnych – W rezonansie amplituda drgań szkła rośnie tak bardzo, że przekracza jego wytrzymałość.

  6. Jak inżynierowie zmniejszają ryzyko rezonansu w budowlach?

    1. AUsuwają wszystkie podpory
    2. BZmniejszają masę konstrukcji do zera
    3. CZwiększają siłę wiatru
    4. DOdsuwają f0 konstrukcji od częstotliwości wymuszeń i stosują tłumiki
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Odsuwają f0 konstrukcji od częstotliwości wymuszeń i stosują tłumiki – Gdy f0 jest daleko od częstotliwości wymuszeń, a tłumienie duże, amplituda drgań pozostaje mała.

  7. Częstotliwość drgań własnych układu wynosi f_0 = 2 Hz. Przy której częstotliwości siły wymuszającej amplituda będzie największa?

    1. A0,5 Hz
    2. B2 Hz
    3. C4 Hz
    4. D1 Hz
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 2 Hz – Największa amplituda występuje przy f ≈ f0, czyli ok. 2 Hz.

  8. Drgania wymuszone to drgania

    1. Azawsze o częstotliwości drgań własnych
    2. Bwykonywane bez żadnego źródła energii
    3. Cwywołane okresowo działającą siłą zewnętrzną
    4. Dzawsze nietłumione
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: wywołane okresowo działającą siłą zewnętrzną – Zewnętrzna okresowa siła wymusza drgania; po chwili układ drga z częstotliwością tej siły.

Cały dział „Drgania”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 2