Aby kmitání oscilátoru bylo netlumené, je nutné mu dodávat rozdíl energií z vnějšího zdroje. Příkladem mohou být nástěnné hodiny nebo dětská houpačka. Jestliže chceme, aby se houpačka stále houpala, musíme při každém zhoupnutí působit silou ve směru houpání nebo pravidelně měnit polohu těžiště těla. Svou silou nahrazujeme ztrátu energie, kterou způsobují odporové síly. Houpačku nutíme k houpání, hovoříme proto o kmitání nuceném.
Při rozhoupávání houpačky si můžeme všimnout, že při nevhodně voleném silovém působení (co do okamžiku, velikosti, směru) nedosáhneme konstantní amplitudy výchylky. Může se stát, že budeme působit silou v jiném směru než se houpe houpačka. Houpačka se buď rozhoupe s velkými amplitudami, nebo se naopak zastaví. Nucené kmitání může mít různý průběh, podle toho, jakým způsobem je mu energie zvnějšku dodávána. Má–li být nucené kmitání oscilátoru harmonické, musí mít harmonický průběh i vnější síly, která na oscilátor působí.
Pokud se frekvence zdroje energie výrazně liší od frekvence oscilátoru, je účinek jen velmi malý. Pokud se frekvence zdroje energie liší jen málo od frekvence oscilátoru, amplituda se postupně zvětšuje. Největší je při stejných frekvencích. Dochází k jevu, který se nazývá rezonance. Vše je znázorněno tzv. rezonanční křivkou. Z jejího tvaru můžeme dobře usuzovat na celkové vlastnosti oscilátoru. Poloha maxima křivky určuje rezonanční frekvenci oscilátoru a tvar křivky je značně ovlivněn tlumením. Ostré maximum charakterizuje oscilátor s malým tlumením, kdežto oscilátor s větším tlumením má rezonanční křivku s méně výrazným maximem.
Rezonanční křivka.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Při rezonanci dochází k největšímu přenosu mechanické energie na oscilátor. Proto lze při rezonanci vyvolat i poměrně malou vnější silou velké amplitudy – např. malou silou rozhoupeme i velmi těžký zvon, budeme–li tahat za lano od zvonu v pravidelných časových intervalech, odpovídajících frekvenci jeho vlastního kmitání.
Pojem rezonance si objasníme pokusem. Na vlákno napjaté mezi dvěma stojany zavěsíme několik kyvadel různé délky. Jestliže kyvadlo A rozkmitáme, rozkmitá se výrazně jen stejně dlouhé kyvadlo D, kdežto amplituda výchylky ostatních kyvadel je malá, nebo se nerozkmitají vůbec. Kyvadla A a D jsou v rezonanci.
Která kyvadla budou v rezonanci?
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Pokus svědčí o tom, že kyvadlo A předalo svoji energii kyvadlu D. Příčinou přenosu energie je vazba mezi oscilátory, která je v našem případě uskutečněna spojovacím vláknem.
Velký význam má rezonance u hudebních nástrojů a v reprodukční zvukové technice. Např. mechanické kmitání strun kytary se přenáší na celé tělo kytary, které pak rezonuje v širokém intervalu frekvencí, čímž zesiluje zvuk. Stejnou funkci mají těla dalších strunných hudebních nástrojů. Zvuky reprodukované hudby jsou výrazně zesilovány bednami v nichž jsou zabudované reproduktorové soustavy. Mnohem větší praktický význam má rezonance elektrických kmitů, na níž je založena většina zařízení pro bezdrátovou komunikaci.
Závažný dopad má rezonanční kmitání mostů a vysokých budov, které vzniká větry a zemětřeseními. Rezonanci velkých budov se věnuje velká pozornost od události zřícení mostu Tacoma Narrows Bridge 7. listopadu 1940.
Záznam zřícení mostu Tacoma Narrow Bridge.Nové velké budovy jsou konstruovány s ohledem na rezonanci a starší budovy (most Golden Gate Bridge) byly dodatečně modifikovány. Budovy se např. konstruují tak, aby se vlastní frekvence kmitů jejich úseků lišily a nedocházelo k rozkmitání velkých celků, komponují se do nich statické pohlcovače kmitů. V roce 1850 způsobila rezonance dokonce zřícení celého mostu v jednom francouzském městě. Po mostě tehdy pochodovala vojenská jednotka a její pravidelný krok byl v rezonanci s vlastní frekvencí mostu. Vojáci svým krokem rozhoupali most natolik, že to jeho konstrukce nevydržela a praskla. Zahynulo přitom 219 lidí.
V technické praxi se přihlíží k rezonanci i při konstrukci strojů a jejich podstavců, trupů letadel, které by se mohly dostat do rezonance s kmitáním vyvolaným chodem motorů apod. Při konstrukci turbín se používají tzv. pružné hřídele. Jakmile se turbína roztáčí, existuje tzv. kritická hodnota otáček, při kterých dochází k rezonanci s vlastními kmity turbíny (tj. kmity, kdy turbína bude volně upevněna a rozkmitána). Proto je nutné rychle zvýšit otáčky přes tuto hodnotu.
Samostatně se houpající dítě na houpačceje příkladem jiného jevu – není to výše popsaná rezonance při působení vnější budící síly, ale tzv. parametrická rezonance. Při ní se soustava udržuje v kmitání tím, že se pravidelně mění její vhodný vnitřní parametr. V tomto případě se kýváním nohama vsedě a nebo pokrčováním nohou vestoje mění moment setrvačnosti houpačky s pasažérem vůči ose rotace. Oproti obyčejné rezonanci jsou zde některé pozoruhodné rozdíly. Během jednoho kmitu se dítě skrčí dvakrát – jde do kolen vždy, když jde houpačka dolů do nejnižší polohy! Rezonanční frekvence tohoto mechanismu houpání je tedy dvojnásobná oproti vlastní frekvenci houpačky. Další zvláštní odchylkou od nucených kmitů je to, že parametrickou rezonancí lze sice zesílit už existující kmity, ale nelze se s ní rozhoupat z naprostého klidu.
