Όταν ένας διεγέρτης ασκεί περιοδική δύναμη, το σύστημα ταλαντώνεται με τη δική του συχνότητα f και όχι με την ιδιοσυχνότητα f₀. Το πλάτος γίνεται μέγιστο όταν f = f₀: αυτό είναι ο συντονισμός, με εφαρμογές από τους σεισμούς ως το ραδιόφωνο.
Γ΄ Λυκείου · Φυσική · 30 λεπτά
Το μάθημα είναι στο σχολικό βιβλίο. Δεν το αντιγράφουμε εδώ. Άνοιξε το επίσημο
κεφάλαιο και γύρνα για την εξάσκηση.
Η σύνοψη, οι όροι και οι ασκήσεις γράφτηκαν με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης από το
σχολικό βιβλίο και μπορεί να έχουν λάθη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο: ό,τι σου φαίνεται περίεργο,
έλεγξέ το εκεί. Βρήκες λάθος; Γράψε μας στο aporia@signmak.com.
Σχεδιάγραμμα
Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο.
Τι έγινε
Ένα σύστημα που εκτρέπεται και αφήνεται κάνει ελεύθερη ταλάντωση με την ιδιοσυχνότητά του· για σώμα σε ελατήριο f₀ = (1/2π)·√(K/m). Με απόσβεση η συχνότητα είναι λίγο μικρότερη, αλλά πρακτικά ίση με την f₀.
Για να μένει σταθερό το πλάτος χρειάζεται μια περιοδική διεγείρουσα δύναμη. Το σώμα που την ασκεί λέγεται διεγέρτης, και η κίνηση εξαναγκασμένη ταλάντωση (π.χ. τροχός που τραβά το ελατήριο).
Ο διεγέρτης επιβάλλει τη συχνότητά του f. Το πλάτος εξαρτάται από το f: είναι μικρό εκτός αν το f πλησιάσει το f₀, και γίνεται μέγιστο για f = f₀ (συντονισμός). Χωρίς καμία απώλεια θα γινόταν θεωρητικά άπειρο.
Μεγαλύτερη σταθερά απόσβεσης b σημαίνει μικρότερο πλάτος στον συντονισμό· με απόσβεση η συχνότητα συντονισμού είναι ελάχιστα μικρότερη από το f₀.
Ενεργειακά, ο διεγέρτης προσφέρει συνεχώς ενέργεια που αναπληρώνει τις απώλειες. Το σύστημα δέχεται την ενέργεια εκλεκτικά, ανάλογα με τη συχνότητα, και στον συντονισμό τη δέχεται με τον βέλτιστο τρόπο.
Ηλεκτρικά: ένα κύκλωμα LC έχει ιδιοσυχνότητα f₀ = 1/(2π√(LC)). Με διεγέρτη μια πηγή εναλλασσόμενης τάσης, το ρεύμα έχει τη συχνότητα της τάσης και το πλάτος του γίνεται μέγιστο για f = f₀.
Εφαρμογές: κτίριο σε σεισμό με f ίση με την ιδιοσυχνότητά του κινδυνεύει να καταρρεύσει· γέφυρα με στρατιώτες που βαδίζουν με βήμα μπορεί να συντονιστεί (Γαλλία, 1850, 226 νεκροί)· κρυστάλλινο ποτήρι σπάει από ήχο κατάλληλης συχνότητας.
Το ραδιόφωνο επιλέγει σταθμό με συντονισμό: αλλάζοντας τη χωρητικότητα του μεταβλητού πυκνωτή αλλάζει την ιδιοσυχνότητα του κυκλώματος LC, ώσπου να ταιριάξει με τη συχνότητα ενός σταθμού.
Τι είναι ο συντονισμός στις εξαναγκασμένες ταλαντώσεις;
Είναι η κατάσταση όπου η συχνότητα του διεγέρτη γίνεται ίση με την ιδιοσυχνότητα του συστήματος. Τότε η ενέργεια περνά στο σύστημα με τον πιο αποδοτικό τρόπο, οπότε το πλάτος φτάνει στη μεγαλύτερη τιμή του.
Με ποια συχνότητα ταλαντώνεται ένα σώμα σε εξαναγκασμένη ταλάντωση;
Με τη συχνότητα f του διεγέρτη, όχι με την ιδιοσυχνότητά του f₀. Ο διεγέρτης επιβάλλει τη συχνότητά του, ενώ το πλάτος εξαρτάται από το πόσο κοντά είναι το f στο f₀ και από την απόσβεση.
Πώς επιλέγουμε σταθμό στο ραδιόφωνο με τον συντονισμό;
Με το κουμπί αλλάζουμε τη χωρητικότητα ενός μεταβλητού πυκνωτή, άρα την ιδιοσυχνότητα ενός κυκλώματος LC που διεγείρεται από την κεραία. Όταν αυτή συμπέσει με τη συχνότητα ενός σταθμού, το κύκλωμα συντονίζεται και το ρεύμα του γίνεται μέγιστο.
Ανοίγει το μενού κοινοποίησης του κινητού σου. Αν δεν υπάρχει, αντιγράφεται ο σύνδεσμος.
Νέα από το aporia.gr Νέες ενότητες και ό,τι βρίσκουμε στα θέματα των Πανελληνίων, στη σελίδα μας στο Facebook.