Věda a technika v pozadí
Rezonanční prstence
Teorie
Společnou vlastností obou jevů je rezonance. 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. Výchylka ostatních kyvadel je malá nebo se nerozkmitají vůbec. Kyvadla A a D jsou v rezonanci.
Vznik rezonance.
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 kyvadly, která je v našem případě uskutečněna spojovacím vláknem.
O rezonanci můžeme obecně říct, že pokud je frekvence dvou zdrojů kmitání různá, tak k rezonanci nedojde. Pokud je ale téměř stejná, začne se amplituda kmitů zvětšovat. Největší je při stejných frekvencích.
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 ostatních 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 (rádio, vysílačky apod.).
Závažný dopad má rezonanční kmitání mostů a vysokých budov, které vzniká větry a zemětřeseními. Rezonanci velkých budov se věnuje velká pozornost od zřícení mostu Tacoma Narrows Bridge 7. listopadu 1940.
Záznam zřícení mostu.
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 kmitání 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.
