Věda a technika v pozadí
Magnet a Goliáš
Teorie
Pokud chceme rozhoupat velmi těžké kyvadlo, stačí malou silou ale pravidelně dodávat kyvadlu energii. Pravidelnost je důležitá, příkladem může být dětská houpačka. Jestliže chceme, aby se houpačka stále houpala, musíme při každém zhoupnutí působit silou ve směru houpání. 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.
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.
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.
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.
