Резонанс применение: 4. Применение резонанса | 6. Резонанс | Часть2

Резонанс: польза и вред

В нашей жизни происходит много удивительных и порой непонятных явлений. Однако объяснение многих из них может быть достаточно простым, но сразу не бросающимся в глаза. Например, одна из любимейших детских забав – качание на качелях. Казалось бы, что тут сложного – все ясно и понятно. Но задумывались ли вы, почему, если правильно действовать на качели, то размах качаний будет становиться все больше и больше? Все дело в том, что действовать нужно строго в определенные моменты времени и в определенном направлении, иначе результатом действия может быть не раскачивание, а полная остановка качелей. Чтобы этого не произошло, нужно, чтобы частота внешнего воздействия совпадала с частотой колебаний самих качелей, в этом случае размах качания будет увеличиваться. Это явление называется резонансом. Давайте попробуем разобраться, что такое резонанс, где он встречается в нашей жизни и что об этом явлении нужно знать.

С точки зрения физики «резонанс» – это резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при совпадении собственной частоты колебательной системы с частотой внешней вынуждающей силы. Это только внешнее проявление резонанса. Внутренняя причина заключается в том, что увеличение амплитуды колебаний свидетельствует об увеличении энергии колебательной системы. Это может происходить только в том случае, если физической системе сообщается энергия извне согласно закону сохранения и изменения энергии. Следовательно, внешняя сила должна совершать положительную работу, увеличивая энергию системы. Это возможно только, когда внешняя сила является периодически изменяющейся с частотой, равной собственной частоте колебательной системы. Самый простой вариант – вариант с качелями, который мы уже описали, и который возникает во всех маятниковых системах и устройствах. Но это далеко не единственный случай применения человеком эффекта резонанса.

Резонанс, как и любое другое физическое явление, имеет как положительные, так и отрицательные последствия. Среди положительных можно выделить использование резонанса в музыкальных инструментах. Особенная форма скрипки, виолончели, контрабаса, гитары способствует резонансу стоячих звуковых волн внутри корпуса инструмента, составляющих гармонику, и музыкальный инструмент дарит любителям музыки необыкновенное звучание. Известнейшие мастера музыкальных инструментов, такие как Николо Амати, Антонио Страдивари и Андреа Гварнери, совершенствовали форму, подбирали редкие породы древесины и изготавливали специальный лак, чтобы усилить резонирующий эффект, сохранив при этом мягкость и нежность тембра. Именно поэтому каждый такой инструмент имеет свой особенный, неповторимый звук.

Помимо этого, известен способ резонансного разрушения при дроблении и измельчении горных пород и материалов. Это происходит так. При движении дробимого материала с ускорением силы инерции будут вызывать напряжения и деформации, периодически меняющие свой знак, – так называемые вынужденные колебания. Совпадение соответствующих частот вызовет резонанс, а силы трения и сопротивления воздуха будет сдерживать рост амплитуды колебаний, однако все равно она может достичь величины, значительно превышающей деформации при ускорениях, не меняющих знак. Резонанс сделает дробление и измельчение горных пород и материалов существенно эффективнее. Такую же роль резонанс играет при сверлении отверстий в бетонных стенах при помощи электрической дрели с перфоратором.

Явление резонанса мы также используем в различных устройствах, использующих радиоволны, таких как телевизоры, радиоприемники, мобильные телефоны и так далее. Радио- или телесигнал, транслируемый передающей станцией, имеет очень маленькую амплитуду. Поэтому, чтобы увидеть изображение или услышать звук, необходимо их усилить и, вместе с тем, понизить уровень шума. Это и достигается при помощи явления резонанса. Для этого нужно настроить собственную частоту приемника, в основе представляющего собой электромагнитный колебательный контур, на частоту передающей станции. При совпадении частот наступит резонанс, и амплитуда радио- или телесигнала существенно вырастет, а сопутствующие ему шумы останутся практически без изменений. Это обеспечит достаточно качественную трансляцию.

Один из видов магнитного резонанса, электронный парамагнитный резонанс, открытый в 1944 году русским физиком Е.К. Завойским, применяется при исследовании кристаллической структуры элементов, химии живых клеток, химических связей в веществах и т. д. Электроны в веществах ведут себя как микроскопические магниты. В разных веществах они переориентируются по-разному, если поместить вещество в постоянное внешнее магнитное поле и воздействовать на него радиочастотным полем. Возврат электронов к исходной ориентации сопровождается радиочастотным сигналом, который несет информацию о свойствах электронов и их окружении. Этот метод представляет собой один из видов спектроскопии.

Несмотря на все преимущества, которые можно получить при помощи резонанса, не следует забывать и об опасности, которую он способен принести. Землетрясения или сейсмические волны, а также работа сильно вибрирующих технических устройств могут вызвать разрушения части зданий или даже зданий целиком. Кроме того, землетрясения могут привести к образованию огромных резонансных волн – цунами с очень большой разрушительной силой.

Также резонанс может стать причиной разрушения мостов. Существует версия, что один из деревянных мостов Санкт-Петербурга (сейчас он каменный) действительно был разрушен воинским соединением. Как сообщали газеты того времени, подразделение двигалось на лошадях, которых пришлось впоследствии извлекать из воды. Естественно, что лошади гвардейцев двигались строем, а не как попало. Еще один мост – Такомский – висячий мост через пролив Такома-Нэрроуз в США был разрушен 7 ноября 1940 года. Причиной обрушения центрального пролета стал ветер со скоростью около 65 км/ч.

 

В наше время резонансные колебания, вызванные ветром, чуть не стали причиной обрушения волгоградского моста, теперь неофициально называемого «Танцующим мостом». 20 мая 2010 года ветер и волны раскачали его до такой степени, что его пришлось закрыть. При этом был слышен оглушающий скрежет многотонных металлических конструкций. Дорожное покрытие моста через Волгу в течение часа было похоже на развивающееся на ветру полотнище. Бетонные волны, по словам очевидцев, были высотой около метра. Когда мост «затанцевал», по нему ехало несколько десятков автомашин. К счастью, мост устоял, и никто не пострадал.

Таким образом, резонанс – это очень эффективный инструмент для решения многих практических задач, но и одновременно может быть причиной серьёзных разрушений, вреда здоровью и других негативных последствий.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Матвеева Е.В., учитель физики

ГБОУ Школа № 2095 «Покровский квартал» 

Применение резонанса и борьба с ним

Явление резонанса используется в музыкальных инструментах для усиления звука. Резонанс применяется во многих приборах, в том числе и измерительных. Его часто используют также, когда нужно сдвинуть с места что-нибудь тяжелое, например, застрявший автомобиль.

В таком случае выбирают частоту толчков так, чтобы она совпала с собственной частотой системы, в результате амплитуда колебаний возрастает и в конце концов становится настолько большой, что тело уже не возвращается в прежнее состояние.

Случается, что резонанс приводит даже к разрушению зданий и мостов. Опасно резонанс и при работе любых машин, у которых есть части, вращающимися и движущимися периодически (а такие части есть практически во всех машинах). Например, «разбалансировки» вала станка или двигателя проявляется в том, что при вращении вала возникает периодическая сила, действующая на основе механизма, а через нее — на здание. Если частота этой силы окажется близкой к собственной частоте здания, амплитуда колебаний здания может возрасти настолько, что это приведет к разрушениям.

Чтобы избежать нежелательных проявлений резонанса, действуют двумя способами:

1) «розузгоджують» частоты, совпадение которых может привести к резонансу. Для этого изменяют или частоту внешней силы, или собственную частоту системы;

2) увеличивают затухание колебаний, например, ставят двигатель на резиновую подкладку или пружины.

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. Что такое механическая энергия?

2. Что такое потенциальная и кинетическая энергии?

3. В каких точках траектории колеблющегося тело имеет только кинетическую энергию?

4. В какие моменты движения колеблющейся тело имеет лишь потенциальную энергию?

5. По какой причине затухают колебания?

6. Приведите примеры вынужденных колебаний.

7. Приведите примеры полезного использования резонанса.

8. В каких случаях необходимо избегать резонанса?


Резонанс шагового двигателя — статья

Шаговым двигателям свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Когда двигатель совершает шаг, ротор не сразу устанавливается в новую позицию, а совершает затухающие колебания. Дело в том, что систему ротор – магнитное поле – статор можно рассматривать как пружинный маятник, частота колебаний которого зависит от момента инерции ротора (плюс нагрузки) и величины магнитного поля. Ввиду сложной конфигурации магнитного поля, резонансная частота ротора зависит от амплитуды колебаний. При уменьшении амплитуды частота растет, приближаясь к малоамплитудной частоте, которая более просто вычисляется количественно. Эта частота зависит от угла шага и от отношения момента удержания к моменту инерции ротора. Больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Резонансная частота вычисляется по формуле:

F0 = (N*TH/(JR+JL))0.5/4*pi,

где F0 – резонансная частота,
N – число полных шагов на оборот,
TH – момент удержания для используемого способа управления и тока фаз,
JR – момент инерции ротора,
JL – момент инерции нагрузки.

Необходимо заметить, что резонансную частоту определяет момент инерции собственно ротора двигателя плюс момент инерции нагрузки, подключенной к валу двигателя. Поэтому резонансная частота ротора ненагруженного двигателя, которая иногда приводится среди параметров, имеет маленькую практическую ценность, так как любая нагрузка, подсоединенная к двигателю, изменит эту частоту.

На практике эффект резонанса приводит к трудностям при работе на частоте, близкой к резонансной. Момент на частоте резонанса равен нулю и без принятия специальных мер шаговый двигатель не может при разгоне пройти резонансную частоту. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода.

В системах с низким демпфированием существует опасность потери шагов или повышения шума, когда двигатель работает вблизи резонансной частоты. В некоторых случаях проблемы могут возникать и на гармониках частоты основного резонанса.

Когда используется не микрошаговый режим, основной причиной появления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществлении шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбуждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режиме, составляет около 30% от энергии полного шага. Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше. В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно.

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы. Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного для борьбы с резонансом можно использовать различные методы. Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вязкой кремнийорганической смазкой, может вращаться металлический диск. При вращении этой системы с ускорением диск испытывает вязкое трение, что эффективно демпфирует систему.

Существуют электрические методы борьбы с резонансом. Колеблющийся ротор приводит к возникновению в обмотках статора ЭДС. Если закоротить обмотки, которые на данном шаге не используются, это приведет к демпфированию резонанса.

И, наконец, существуют методы борьбы с резонансом на уровне алгоритма работы драйвера шагового двигателя. Например, можно использовать тот факт, что при работе с двумя включенными фазами резонансная частота примерно на 20% выше, чем с одной включенной фазой. Если резонансная частота точно известна, то ее можно проходить, меняя режим работы.

Если это возможно, при старте и остановке нужно использовать частоты выше резонансной. Увеличение момента инерции системы ротор-нагрузка уменьшает резонансную частоту.

Самой эффективной мерой для борьбы с резонансом является применение микрошагового режима.

Жизнь в мире резонансов

Полвека назад итальянский физик-теоретик Уго Фано опубликовал работу, в которой описал тип резонанса с характерным асимметричным профилем, возникающим в результате интерференции двух волновых процессов. Спустя годы исследование Фано стало одной из самых цитируемых физических работ по итогам XX столетия. Сегодня фундаментальный результат, полученный десятилетия назад, до сих пор остается источником прорывных концепций для теоретиков, экспериментаторов и технологов и лежит в основе множества разработок, уже появившихся и только создающихся учеными по всему миру. Как идеи Уго Фано влияют на современную фотонику, что нужно для создания сверхчувствительных сенсоров и можно ли сделать объект полностью невидимым, об этом и многом другом рассказывают ученые Университета ИТМО, ФТИ имени Иоффе и Австралийского национального университета в обзоре, опубликованном в престижном журнале Nature Photonics. Масштабный обзор содержит не только подробный анализ последних достижений, связанных с резонансом Фано, эта работа помогает существенно расширить кругозор читателя благодаря сравнительному анализу основных типов резонансных явлений, которые наблюдаются в фотонике. Подробнее о работе, перспективах и возможностях использования различных резонансов, а также о том, почему физика не так сложна, как может показаться, ITMO.NEWS рассказал один из авторов работы, заведующий базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО Михаил Лимонов.

1 сентября 2017 года: тройной резонанс

Обзор «Резонанс Фано в фотонике» ученых физико-технического факультета Университета ИТМО опубликован в журнале Nature Photonics 1 сентября. Это дата является знаковой для авторов и по другим причинам. Созданный в январе 2017 года, новый физико-технический факультет принял первых студентов, 1 сентября студенты впервые начнут занятия и на новой базовой магистерской кафедре фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО в Физико-техническом институте. Эту кафедру возглавляет один из авторов обзора — ведущий научный сотрудник лаборатории «Метаматериалы» Университета ИТМО, главный научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе Михаил Лимонов.

Как отмечает ученый, основная задача новой кафедры — объединить все те преимущества, которые предоставляют Университет ИТМО и ФТИ имени Иоффе — с одной стороны, активное развитие и хорошую инфраструктуру, которой обладает Университет ИТМО, с другой — мощнейшую экспериментальную базу по физике и опытных специалистов и ученых с мировым именем, работающих в ФТИ имени Иоффе. Обучение будет вестись на базе Физико-технического института, однако студенты получат возможность участвовать во всех научных мероприятиях, которые проводятся на базе и при поддержке Университета ИТМО. Например, участвовать в международной конференции по нанофотонике и метаматериалам «Метанано», которая ежегодно проводится в России кафедрой нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО.

Преподавать на кафедре фотоники диэлектриков и полупроводников будут известные ученые, работающие как в фундаментальной науке, так и в прикладном направлении — например, квантовую механику будет читать Никита Аверкиев, заведующий теоретическим сектором в Физтехе, солнечную энергетику — Евгений Теруков, заместитель генерального директора по науке НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ имени Иоффе, где сегодня отрабатываются технологии изготовления солнечных батарей для реального производства. Кроме того, новый физико-технический факультет Университета ИТМО объединил и двух единственных в Петербурге обладателей премии президента РФ по физике для молодых ученых — Павла Белова, который возглавляет факультет, и Александру Калашникову, доцента кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников.

Студенты Физико-технический факультета Университета ИТМО

За два года обучения в магистратуре студенты новой кафедры смогут создать серьезный научный задел для успешного обучения в аспирантуре ФТИ имени Иоффе, Университета ИТМО, а также других академических и университетских центров как в России, так и за рубежом, отмечает Михаил Лимонов. Преподаватели кафедры имеют тесные научные связи, а также совместные гранты и опыт обмена студентами, аспирантами и сотрудниками с научными центрами Германии, Англии, Голландии, США, Мексики, Израиля, Австралии, Финляндии. Помимо науки, выпускники кафедры смогут применить свои знания в прикладных областях, связанных с разработкой новых типов солнечных батарей, наногетероструктур, новых систем памяти и во многих других научных направлениях бурно развивающейся фотонной индустрии.

Как резонансы меняют нашу жизнь, делают предметы невидимыми и позволяет создавать сверхчувствительные сенсоры

Что общего между маятником часов, струнами гитары, звуком голоса, радиоприемником или лазером? В основе всех этих устройств и явлений лежит один и тот же физический принцип. «Мы живем в мире резонансов» — так начинают обзорную статью «Fano resonances in photonics» ее авторы, ученые ФТИ имени Иоффе, Университета ИТМО и Австралийского национального университета Михаил Лимонов, Михаил Рыбин, Александр Поддубный и Юрий Кившарь. И действительно, резонансы окружают нас повсюду: с одной стороны, именно они позволяют нам слышать музыку, переключаясь на нужную частоту, получить лазерную генерацию, настроив длину резонатора, с другой — выступают причиной разрушений и катастроф, рассказывает заведующий базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников Университета ИТМО Михаил Лимонов.

Резонанс — это совпадение частоты одного колебания с частотой другого, которое приводит к резкому возрастанию интенсивности колебаний. Неслучайно, даже в школьных учебниках по физике одним из примеров резонанса часто выступает случай, произошедший в Петербурге в 1905 году, добавляет он. Именно в этот день во время передислокации эскадрона конно-егерского полка обрушился знаменитый Египетский мост. Одним из объяснений катастрофы служит совпадение частоты марша кавалерии с одной из собственных частот моста, что и привело к его обрушению.

Длина струны музыкальных инструментов определяет резонансную частоту и позволяет нам получать разнообразие звуков. Сталкиваемся с резонансом мы и в том случае, когда переключаем каналы телевизора или станции в радиоприемнике. Радиоприборы, оптические устройства, современное медицинское оборудование — явление резонанса без преувеличения сопровождает нас в течение всей жизни. Но это ли все, на что «способны» резонансы?

В 1935 году Ганс Бойтлер наблюдал в спектрах поглощения благородных газов линии с ярко выраженной асимметрией профиля. В том же году молодой ученик Энрико Ферми Уго Фано предложил объяснение этого эффекта на основе квантовомеханического принципа суперпозиции. Эту идею ученый развил в знаменитой работе 1961 года, ставшей одной из наиболее цитируемых статей второй половины XX века. Механизм, описанный Фано, лежит в основе разнообразных явлений, он нашел применение в целом ряде современных разработок в области фотоники и продолжает вдохновлять ученых на новые открытия, отмечают авторы обзора в Nature Photonics. Почему?

Резонанс Фано наблюдается в случае когерентного взаимодействия двух колебательных процессов, один из которых описывается узкой спектральной полосой, а другой — широкой. В зависимости от того, как они взаимодействуют, узкий контур может обладать самой разнообразной формой — и симметричной (так называемый контур Лоренца), и асимметричной (контур Фано). Эта вариантность узкой спектральной линии и определяет удивительное разнообразие наблюдаемых явлений. Именно поэтому резонанс Фано находит применение в совершенно различных областях — в акустике, механике, магнитных явлениях, фотонике и многих других, объясняет Михаил Лимонов.

К примеру, можно ли сделать предметы невидимыми? Да, говорят ученые, в определенном спектральном интервале — можно. И поможет в этом именно резонанс Фано.

Михаил Лимонов

«Как выясняется, резонанс Фано может обеспечить такое широко обсуждаемое сейчас явление, как невидимость объектов. Каким образом? При резонансе Фано контур линии таков, что на определенной частоте он в точности достигает нуля. Это значит, что в этом диапазоне частот нет рассеяния, либо оно крайне мало, то есть электромагнитная волна проходит сквозь объект, не замечая его. А если на объекте нет рассеяния, его невозможно увидеть со стороны. Конечно, это происходит не во всем спектральном диапазоне, объект становится невидимым именно в определенном диапазоне частот. Кроме того, чтобы это произошло, мы должны подобрать однородный объект, рассеяние на котором описывается формулой Фано, — например, цилиндр либо сферу. Но, что очень важно, невидимость таких объектов возникает без дополнительных маскирующих элементов, над созданием которых работают многие ученые», — рассказывает Михаил Лимонов.

Обычно считается, что для маскировки объекта его надо чем-то окружать, создавать «плащ-невидимку». В большинстве случаев «плащ» приводит к тому, что электромагнитные волны огибают объект и встречаются уже за ним, при этом сам он становится невидимым. Эту идею в 2006 году сформулировал сотрудник Имперского колледжа Лондона, профессор Джон Пендри (подробнее о невидимости читайте здесь). Но при наличии резонанса Фано все происходит без дополнительных усилий: волна проходит прямо через объект и попросту его не «видит».

«В этом случае взаимодействуют два вида рассеяния: широкое рассеяние — рассеяние нерезонансное от шарика или цилиндра, и узкое — так называемое резонансное рассеяние Ми (теория Ми описывает рассеяние на сфере, цилиндре и ряде других объектов). Взаимодействие узкого резонанса Ми с широким нерезонансным рассеянием описывается теорией Фано. И при этом оказывается, что какая-то область обладает нулевым рассеянием. Это один из ярких примеров, который демонстрирует нам удивительные возможности применения резонанса Фано», — продолжает исследователь.

ФТИ им.А.Ф. Иоффе

Безусловно, все мечтают о полной невидимости объектов — иными словами, во всем спектральном диапазоне, но возможность скрыть предмет даже на одной частоте уже открывает огромные возможности, рассказывает Михаил Лимонов. Простой пример: как известно, перископ подводных лодок регулярно сканируются радарами «противника», которые обычно работают на определенной частоте. При условии, что подводникам удалось определить эту сканирующую частоту и подстроить под нее параметры перископа, можно полностью скрыть его от «глаз» противника.

Еще один пример использования резонанса Фано в фотонике — принцип, который позволяет создавать сверхчувствительные сенсоры для различных применений. Дело в том, что форма линии контура Фано определяется не только самой структурой, но и ее окружением. Поэтому, если меняется окружение (например, в атмосфере появляется опасный газ), меняется и форма контура Фано, которая с высокой точностью регистрируется при пропускании электромагнитной волны через сенсор.

«Настроив прибор на определенную частоту (а у всех газов очень хорошо известен спектр), вы можете зафиксировать трансформацию спектра пропускания и в результате получить сенсоры для различных задач», — уточняет Михаил Лимонов.

Детальный обзор этих и других перспективных разработок, основанных на принципах резонанса Фано и появившихся в современной науке за последние годы, авторы работы в Nature Photonics готовили более года. Эта работа стала уже шестой публикацией сотрудников базовой магистерской кафедры фотоники диэлектриков и полупроводников в самых престижных журналах семейства Nature: на данный момент одна работа опубликована в Nature, две — в Nature Photonics и три — в Nature Communications.

Михаил Рыбин и Михаил Лимонов

В отличие от традиционных обзоров, формально перечисляющих, как правило, уже существующие идеи и результаты, в своей работе ученые Университета ИТМО, ФТИ имени Иоффе и Австралийского национального университета предлагают собственный оригинальный анализ. В статье дается не только детальное описание резонанса Фано, но и приводится сравнительный анализ других видов резонансов, что, как отмечают авторы, поможет читателям глубже познакомиться с предметом.

«В течение рецензирования обзора в редакции Nature Photonics мы прошли четыре раунда замечания рецензентов — наши ответы. Это связано с уровнем журнала, который сейчас является абсолютным лидером по импакт-фактору (IF=37.8) среди журналов по фотонике, а также среди журналов, публикующих обзоры по физике. Кроме того, по тематике резонанса Фано уже был опубликован целый ряд обзоров в ведущих физических журналах, что лишний раз подтверждает, что резонанс Фано — это действительно hot topic. Поэтому, чтобы опубликовать еще один обзор по резонансу Фано в престижном журнале, нам необходимо было перейти на новый уровень изложения, осветить проблемы и достижения так, как это не делал еще никто. И мы надеемся, что у нас получилось. Мы акцентировали свое внимание на месте и роли резонанса Фано среди других многочисленных резонансных явлений в фотонике. Мы включили в обзор собственный анализ и оригинальные результаты, которые представили на фазовой диаграмме, отражающей области существования различных резонансных явлений в зависимости от параметров двух взаимодействующих осцилляторов. Что интересно, с этой идеей был связан нехарактерный для рецензирования момент, надолго задержавший публикацию обзора. Один из рецензентов (а в журнале Nature Photonics это могут быть только ученые с высокой репутацией) написал в своей первой рецензии, что обзор не должен содержать новые факты и давать оригинальный анализ. При этом он сослался на статью в Википедии об обзорах. Мы впервые в своей научной практике столкнулись с тем, что рецензент апеллирует не к научному рецензируемому изданию, а к Википедии, которая, как известно, является свободно наполняемой нерецензируемой энциклопедией. Лишь в течение долгой и напряженной работы с этим рецензентом и редакцией Nature Photonics нам в итоге удалось отстоять свою точку зрения», — рассказывает Михаил Лимонов.

Диаграмма фаз различных резонансов в фотонике. Иллюстрация из обзора «Резонанс Фано в фотонике». Источник: http://www.nature.com/nphoton/journal/v11/n9/full/nphoton.2017.142.html?foxtrotcallback=true

В итоге в обзоре появилась фазовая диаграмма, позволяющая всем, кто занимается этой тематикой, наглядно сравнить разные типы резонансов и, например, узнать, что общего у резонанса Фано и резонанса Керкера и почему последний никогда не пересечется с резонансом Бормана.

«Наша основная идея — показать на примере двух осцилляторов с разной шириной собственных резонансов все многообразие физических эффектов, заложенных в эту очень простую модель. Ведь по большому счету физика не так сложна, если ее глубоко понимать и доходчиво объяснять на самых простых примерах. Она основывается на определенных фундаментальных понятиях, которые, как нам кажется, мы смогли успешно отразить в нашем обзоре», — резюмирует Михаил Лимонов.

Перейти к содержанию

Применение электромагнитного резонанса и ультразвука для определения качественных показателей жидкостей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 53

А.В. Ванцов

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА И УЛЬТРАЗВУКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЖИДКОСТЕЙ

В статье рассматривается применение ультразвука и явления электромагнитного резонанса для определения качественных показателей жидкостей на примере дизельного топлива.

ультразвук, электромагнитный резонанс, дизельное топливо.

Характеристикой эффективности сгорания топлива в двигателе с воспламенением от сжатия является цетановое число — процентное, по объему, содержание цета-на (С16Н34) в смеси с альфаметилнафталином, которая по характеру самовоспламенения эквивалентна топливу, испытуемому в стандартных условиях. По ГОСТ 305-82 всё выпускающееся дизельное топливо имеет цетановое число, равное 45. В качестве эталонных используют два индивидуальных углеводорода: цетан (нормальный гексадекан С16Н34) и альфаметилнафталин (ароматический углеводород С11Н10). Цетан имеет высокую степень самовоспламенения, которая условно принята за 100 единиц, альфаметилнафталин наоборот — низкую степень самовоспламенения, условно принятую за 0. Составляя смеси цетана и альфаметилнафталина в объемных процентах, можно получить топливо с цетановым числом от 0 до100 1.

Для определения качественных показателей топлива нами были предложены две установки, запатентованные и описанные ниже.

Возможная техническая реализация предлагаемой полезной модели приведена на рисунке 1. Устройство включает измеритель импеданса (1), состоящий из генератора электрического импульса и измерительных шкал определения реактивного сопротивления и сдвига фаз между током и напряжением в колебательном контуре, образованным конденсатором (2) и индуктивностью (3), помещенным в камеру (5) и соединенным с частотомером (4). Сигнал с импедансметра (1) проходит на регистрирующий прибор (6), выполненный ввиде аналитического блока с возможностью демонстрации результатов исследований на экране (7) 2.

В основу аналитического блока введена эталонная функциональная зависимость резонансной частоты дизельного топлива от его цетанового числа. При исследовании дизельного топлива с неизвестным цетановым числом аналитический блок регистрирует значение резонансной частоты, процессор, который

1 Покровский Г.П. Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. М. : Машиностроение, 1985.

2 Устройство для электромагнитного исследования дизельного топлива : пат. 65651 Рос. Федерация : МПК G 01 N 27/22, G 01 N 27/27 / Пащенко В.М., Ванцов В.И., Ванцов А.В. ; Рязанская государственная сельскохозяйственная академия. № 2006125992/22 ; заявл. 17.07.2006 ; опубл. 10.08.2007 ; Бюл. № 22. 5 с.

входит в конструкцию этого блока, сравнивает результат с функциональной зависимостью для эталонного топлива и демонстрирует значение цетанового числа исследуемого дизельного топлива в цифровом виде на экране 3.

В процессе измерений жидкость служит диэлектрической средой в измерительном конденсаторе (2) и магнитной средой в измерительной катушке индуктивности (3). Измерительный конденсатор (2) и катушка индуктивности (3) образуют колебательный контур, резонансная частота которого определяется диэлектрической и магнитной проницаемостью исследуемого дизельного топлива. Как известно, при внесении диэлектриков в электрическое поле происходит явление поляризации, которое характеризуется диэлектрическими дипольными моментами молекул. Если напряженность поля быстро изменяется, то между колебаниями векторов дипольного момента и напряженности поля появляется разность фаз, которая обусловливает электрические потери и зависимость диэлектрической проницаемости от частоты поля. Магнитная проницаемость дизельного топлива в переменном поле также будет зависеть от частоты поля, так как в переменном поле магнитная проницаемость диэлектриков определяется обратимыми процессами намагничивания и необратимыми процессами рассеяния энергии магнитного поля 4

В рабочую камеру (5) заправляют исследуемое дизельное топливо. Генератор измерителя импеданса (1) выдает электрический импульс, после этого на генераторе меняют частоту до получения резонанса в колебательном контуре, которому соответствует сдвиг фаз (ф) между током и напряжением, равный нулю, и минимальное значение реактивного сопротивления (2). Импульс проходит через камеру (5), создавая резонанс. Частоту резонанса определяет частотомер (4). После этого сигнал снова проходит через колебательный контур. Оба параметра, сдвиг фаз (ф) между током и напряжением и минимальное значение реактивного сопротивления (2), определяют по измерителю импеданса (1), сигнал с которого поступает на вход регистрирующего прибора (6). Регистрирующий прибор выполнен в виде аналитического блока с возможностью определения цетанового числа дизельного топлива по заранее построенным эталонным функциональным зависимостям этого числа от резонансной частоты в колебательном контуре и демонстрации его в цифровом виде на экране (7) аналитического блока 5.

3 Там же.

4 Винокуров В.И. Электрорадиоизмерения. М. : Высшая школа, 1986.

5 Там же.

Рис. 1. Схема устройства для электромагнитного исследования дизельного топлива

Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов сложного состава, поэтому его можно рассматривать как акустическую систему с распределенными постоянными. Скорость звука в различных органических жидкостях с учетом ряда факторов, характеризующих взаимодействие молекул, может быть определена по следующей формуле:

V =

г

Г X-R • Т Л

м — ь-р

Л

м

м — ь-р

— 2

V

У

где М — молекулярная масса, р — плотность жидкости, Ь — постоянная Ван-дер-Ваальса, в — адиабатическая сжимаемость, Т — температура.

Исходя из этого следует, что скорость звука в органической жидкости должна зависеть от природы жидкости и от температуры. Именно эти зависимости были выбраны за основные информационные параметры дизельного топлива при определении его цетанового числа. В дизельном топливе разного состава в различной степени проявляется акустическая релаксация, которая отличается не только значениями интегральных поглощений энергии, но и температурными дисперсиями скоростей звука. Причиной указанных эффектов являются обмены энергией между поступательными и внут-

ренними степенями свободы молекул, при которых звуковая энергия расходуется на возбуждение соответственно колебательных и вращательных степеней свободы. Интенсивность таких энергетических обменов зависит от состава и пространственной конформации молекул. Поэтому дизельное топливо разного состава имеет индивидуальную степень акустической релаксации.

На рисунке 2 представлено устройство, включающее в себя генератор прямоугольных импульсов (1), рабочую камеру (2) с исследуемым дизельным топливом и размещенными в ней пьезоизлучателем (3) и приемным пьезоэлементом (4), водяной термостат (5), регистрирующий прибор (6), выполненный в виде аналитического блока с возможностью демонстрации результатов исследований на экране (7) 6.

В основу аналитического блока введена эталонная функциональная зависимость скорости ультразвука в дизельном топливе от его цетанового числа. При исследовании дизельного топлива с неизвестным цетановым числом аналитический блок регистрирует скорость прохождения ультразвуковой волны, процессор, который входит в конструкцию этого блока, сравнивает результат с функциональной зависимостью для эталонного топлива и демонстрирует значение цетанового числа исследуемого дизельного топлива в цифровом виде на экране 7.

5

4

□_ 2 □

7

6

Рис. 2. Схема устройства для ультразвукового исследования дизельного топлива

Работа устройства осуществляется следующим образом: рабочая камера (2) заполняется исследуемым дизельным топливом, после включения прибора генера-

6 Устройство для ультразвукового исследования дизельного топлива : пат. 57013 Рос. Федерация : МПК G 01 № 29/00 / Пащенко В.М., Ванцов В.И., Ванцов А.В. ; Рязанская государственная сельскохозяйственная академия. — № 2005139698/22 ; заявл. 29.12.2005 ; опубл. 27.09.2006 ; Бюл. № 27.

7 Устройство для ультразвукового исследования дизельного топлива.

тор прямоугольных импульсов (1) производит сигнал, который поступает на пьезоизлучатель (3), установленный в торце рабочей части камеры (2). С противоположного торца камеры установлен приемный пьезоэлемент (4), сигнал с которого поступает на блок (6), фиксирующий время прохождения ультразвуковой волны через рабочую камеру (2), заполненную дизельным топливом. Посредством водяного термостата (5) в камере поддерживается температура, равная 20 °С 8.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Винокуров, В.И. Электрорадиоизмерения [Текст] : учеб. для вузов. — М. : Высшая школа, 1986. — 351 с.

2. Покровский, Г.П. Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости [Текст] : моногр. — М. : Машиностроение, 1985. — 230 с.

3. Устройство для электромагнитного исследования дизельного топлива [Текст] : пат. 65651 Рос. Федерация : МПК G 01 № 27/22, G 01 № 27/27 / Пащенко В.М., Ванцов В.И., Ванцов А.В. ; Рязанская государственная сельскохозяйственная академия. — № 2006125992/22 ; заявл. 17.07.2006 ; опубл. 10.08.2007 ; Бюл. № 22. — 5 с.

4. Устройство для ультразвукового исследования дизельного топлива [Текст] : пат. 57013 Рос. Федерация : МПК G 01 № 29/00 / Пащенко В.М., Ванцов В.И., Ванцов А.В. ; Рязанская государственная сельскохозяйственная академия. — № 2005139698/22 ; заявл. 29.12.2005 ; опубл. 27.09.2006 ; Бюл. № 27. — 5 с.

8 Там же.

Применение гравитационно-оптического резонанса для регистрации высокочастотных гравитационных волн | Голяк

1. Пустовойт В.И. О непосредственном обнаружении гравитационных волн // Успехи физических наук. 2016. Т. 186. № 10. С. 1133-1152. DOI: 10.3367/UFNr.2016.03.037900

2. Giovannini M. Primordial backgrounds of relic gravitons // Progress in Particle and Nuclear Physics. 2020. Vol. 112. Article 103774. DOI: 10.1016/j.ppnp.2020.103774

3. Фомин И.В., Червон С.В., Морозов А.Н. Гравитационные волны ранней Вселенной. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2018. 154 с.

4. Boyle L.A., Buonanno A. Relating gravitational wave constraints from primordial nucleosynthesis, pulsar timing, laser interferometers, and the CMB: implications for the early Universe // Physical Review D. 2008. Vol. 78. Article 043531. DOI: 10.1103/PhysRevD.78.043531

5. Ahmad S., Myrzakulov R., Sami M. Relic gravitational waves from quintessential inflation // Physical Review D. 2017. Vol. 96. Article. 063515. DOI: 10.1103/PhysRevD.96.063515

6. Ito A., Soda J. MHz gravitational waves from short-term anisotropic inflation // J. of Cosmology and Astroparticle Physics. 2016. Vol. 2016. Article 035. DOI: 10.1088/1475-7516/2016/04/035

7. Fang-Yu Li, Meng-Xi Tang, Dong-Ping Shi. Electromagnetic response of a Gaussian beam to high-frequency relic gravitational waves in quintessential inflationary models // Physical Review D. 2003. Vol. 67. Article 104008. DOI: 10.1103/PhysRevD.67.104008

8. Nishizawa A., Kawamura S., Akutsu T., Arai K., Yamamoto K., Tatsumi D., Nishida E., Sakagami M., Chiba T., Takahashi R., Sugiyama N. Laser-interferometric detectors for gravitational wave backgrounds at 100 MHz: Detector design and sensitivity // Physical Review D. 2008. Vol. 77. Article 022002. DOI: 10.1103/PhysRevD.77.022002

9. Сажин М.В. Резонатор Фабри-Перо в поле гравитационной волны // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1998. Т. 113. Выn. 2. С. 398-408.

10. Blaut A. Angular and frequency response of the gravitational wave interferometers in the metric theories of gravity // Physical Review D. 2012. Vol. 85. Article 043005. DOI: 10.1103/PhysRevD.85.043005

11. Гладышев В.О., Морозов А.Н. Низкочастотный оптический резонанс в многолучевом интерферометре Фабри-Перо // Письма в Журнал технической физики. 1993. Т. 19. Вып. 14. С. 38-42.

12. Есаков А.А., Морозов А.Н., Табалин С.Е., Фомин И.В. Применение низкочастотного оптического резонанса для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2015. № 1. С. 26-35.

13. Голяк Ил.С., Дворук С.К., Есаков А.А., Морозов А.Н., Пустовойт В.И., Строков М.А., Табалин С.Е. Разработка и создание макета для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 3. С. 40-47. DOI: 10.25210/jfop-1603-040047

14. Бичак И., Руденко В.Н. Гравитационные волны в ОТО и проблема их обнаружения. М.: Изд-во МГУ, 1987. 267 с.

15. Голяк И.С., Морозов А.Н., Назолин А.Л., Табалин С.Е. Разработка информационно-измерительного комплекса для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Радиостроение. 2020. № 3. С. 35-49. DOI: 10.36027/rdeng.0320.0000172

16. Голяк И.С., Морозов А.Н., Назолин А.Л., Табалин С.Е. Информационно-измерительный комплекс для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Радиостроение. 2020. № 5. С. 42-51. DOI: 10.36027/rdeng.0520.0000184

Электрический резонанс применение. Резонанс в электрической цепи — Гипермаркет знаний. Элементы резонансной цепи

Резонансом в физике называют явление, при котором амплитуды колебания системы резко возрастают. Это происходит при совпадении собственной и внешней возмущающей частот. В механике примером может служить маятник часов. Подобное поведение характерно и для электрических схем, включающих в себя элементы активной, индуктивной и емкостной нагрузки. Резонанс токов и напряжений очень важен, это явление нашло применение в таких областях науки, как радиосвязь и промышленное электроснабжение.

Векторы и теория

Для понимания смысла процессов, происходящих в цепях, включающих катушки индуктивности, конденсаторы и активные сопротивления, следует рассмотреть схему простейшего колебательного контура. Подобно тому, как обычный маятник попеременно переводит энергию из потенциального в кинетическое состояние, электрический заряд в RCL-цепочке, накапливаясь в емкости, перетекает в индуктивность. После этого процесс происходит в обратном направлении, и все начинается сначала. При этом векторная диаграмма выглядит следующим образом: ток емкостной нагрузки опережает на угол π/2 направление напряжения, индуктивная нагрузка отстает на такой же угол, а активная совпадает по фазе. Результирующий вектор имеет наклон по отношению к абсциссе, обозначаемый греческой буквой φ. Резонанс в цепи переменного тока наступает тогда, когда φ=0, соответственно, cos φ = 1. В переводе с языка математики эта выкладка означает, что ток, проходящий по всем элементам, по фазе совпадает с током в активной составляющей электросхемы.

Практическое применение в системах электроснабжения

Теоретически все эти выкладки понятны, но что они значат для практических вопросов? Очень многое! Всем известно, что полезная работа в любой схеме выполняется активной составляющей мощности. При этом большая часть потребления энергии приходится на электродвигатели, которых на любом предприятии немало, а они содержат в своей конструкции обмотки, представляющие собой индуктивную нагрузку и создающие угол φ, отличный он нуля. Для того чтобы возник резонанс токов, необходимо скомпенсировать реактивные сопротивления таким образом, чтобы их векторная сумма стала нулевой. На практике это достигается включением конденсатора, который создает противоположный сдвиг вектора тока.

Резонанс токов в радиоприемных устройствах

Резонанс токов имеет и другое, радиотехническое применение. Колебательный контур, составляющий основу каждого приемного устройства, состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Меняя величину электрической емкости, можно добиться того, что сигнал с требуемой несущей частотой будет приниматься избирательно, а остальные всеволновые составляющие, принимаемые на антенну, включая и помехи, окажутся подавленными. На практике такой переменный конденсатор выглядит как два набора пластин, один из которых при вращении входит или выходит из другого, увеличивая или уменьшая при этом электрическую емкость. При этом создается резонанс токов, а радиоприемник оказывается настроенным на нужную частоту.

Мы убедились в совпадении законов свободных механических и электрических колебаний. Но столь же полное сходство законов имеется и в случае вынужденных колебании, вызываемых действием внешней периодической силы. В случае электрических колебаний роль силы играет, как мы видели в предыдущем параграфе, электродвижущая сила (сокращенно э. д. с). Просмотрите вновь § 12, где мы описали вынужденные колебания, § 13, в котором говорится о явлении резонанса, и § 14, в котором рассмотрено влияние затухания на резонансные явления в колебательной системе. Все сказанное там о механических вынужденных колебаниях целиком относится и к электрическим. И здесь частота вынужденных колебаний в колебательном контуре равна частоте действующей в этом контуре э. д. с. Амплитуда вынужденных колебаний тем больше, чем ближе частота э. д. с. к частоте свободных колебаний в контуре. При совпадении этих частот амплитуда становится наибольшей, получается электрический резонанс: ток в контуре и напряжение на его конденсаторе могут очень сильно превышать те, которые получаются при отстройке, т. е, вдали от резонанса. Резонансные явления выражены тем сильнее и резче, чем меньше сопротивление контура, которое, таким образом, и здесь играет такую же роль, как трение в механической системе.

Все эти явления легко наблюдать, использовав для получения гармонической э. д. с. городской переменный ток и построив колебательный контур, собственную частоту которого можно менять в обе стороны от частоты тока (). Чтобы избежать при этом высоких резонансных напряжений в контуре, которые (при напряжении в городской сети ) могут достичь нескольких киловольт, следует воспользоваться понижающим трансформатором.

На рис. 53 показано расположение приборов и электрическая схема опыта (обозначения на рисунке и на схеме одинаковые). В схему включены понижающий трансформатор 1, конденсатор 2, дроссели 3 и 4, представляющие собой катушки индуктивности с железными сердечниками, которые нужны для получения требуемой большой индуктивности. Для удобства настройки контура индуктивность его составлена из индуктивностей двух отдельных катушек. Настройка осуществляется тем, что у одного из дросселей (4) сердечник имеет воздушный зазор, ширину которого можно плавно менять в пределах , меняя тем самым общую индуктивность. Чем шире зазор, тем меньше индуктивность. В подписи к рис. 53 указаны примерные значения всех величин. Напряжение на конденсаторе измеряется вольтметром переменного тока , а амперметр переменного тока позволяет следить за током в контуре.

Опыт показывает следующее: при малой индуктивности контура напряжение на конденсаторе составляет немногим более, чем наводимая в контуре э. д. с, т. е. несколько вольт. Увеличивая индуктивность, мы увидим, что напряжение растет; это нарастание становится все более и более резким по мере приближения к резонансному значению индуктивности. При тех числовых данных, которые указаны в подписи к рис. 53, напряжение поднимается выше . При дальнейшем увеличении индуктивности напряжение вновь падает. Ток в контуре изменяется пропорционально напряжению на конденсаторе и при резонансе может дойти до .

Этот опыт соответствует механическому опыту с грузом на пружине, который был описан в § 12. Там нам было удобней менять частоту действующей силы, здесь же мы проходим через резонансную настройку, меняя собственную частоту колебательной системы — нашего контура. Сущность явления резонанса от этого не меняется.

Рис. 53. Получение электрического резонанса на частоту городского тока: 1 — трансформатор, понижающий напряжение, например с до , 2 — конденсатор емкости , 3 — дроссель, индуктивность которого , а сопротивление обмотки равно , 4 — дроссель с переменным воздушным зазором, индуктивность которого при ширине и изменяется при изменении ширины зазора на в обе стороны от указанного (резонансного) значения

Роль электрического резонанса в технике огромна. Приведем лишь один пример. По существу на резонансе основана техника радиоприема. Многочисленные радиостанции излучают электромагнитные волны, которые наводят в антенне радиоприемника переменные э. д. с. (электрические колебания), причем каждая радиостанция наводит колебания своей определенной частоты. Если бы мы не умели выделить из этой сложнейшей смеси колебаний колебания, наводимые интересующей нас радиостанцией, то никакой радиоприем не был бы возможен. Здесь и приходит на помощь электрический резонанс.

Мы соединяем с антенной колебательный контур, например через индуктивность, как показано на рис. 54.

Емкость конденсатора можно плавно изменять, меняя тем самым собственную частоту контура. Если мы настроим контур на желательную частоту, например , то э. д. с. с частотой , вызовет в контуре сильные вынужденные колебания, а все остальные э. д. с.- слабые. Следовательно, резонанс позволяет по желанию настраивать приемник на частоту выбранной станции.

Рис. 54. Резонанс позволяет настраиваться на желаемую станцию и отстраиваться от всех остальных. Стрелка на конденсаторе указывает на то, что емкость конденсатора можно менять

Разумеется, в электротехнике, как и в машиностроении, резонанс может явиться величайшим злом там, где его не должно быть. Если электрическая цепь рассчитана на работу в отсутствие резонанса, то возникновение резонанса вызовет аварию: провода раскалятся от чрезмерно сильных токов, изоляция будет пробита из-за высоких резонансных напряжении, и т. п. В прошлом веке, когда электрические колебания были еще недостаточно изучены, такие аварии случались. Теперь же мы умеем в зависимости от условий либо использовать резонанс, либо устранять его.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Резонанс. Его применение

Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.

резонанс напряжение электрический медицина

Использование Резонанса

В медицине

Магнитно-резонансная томография, или ее сокращенное название МРТ, считается одним из самых надежных методов лучевой диагностики. Очевидным плюсом использования такого способа проверить состояние организма является то, что оно не является ионизирующим излучением и дает довольно точные результаты при исследовании мышечной и суставной системы организма, помогает с высокой вероятностью диагностировать различные заболевания позвоночника и центральной нервной системы.

Сам процесс обследования довольно прост и абсолютно безболезненный — все, что вы услышите, лишь сильный шум, но от него хорошо защищают наушники, которые выдаст вам перед процедурой врач. Возможны только два вида неудобств, которых не получится избежать. В первую очередь это касается тех людей, которые боятся замкнутых пространств — диагностируемый пациент ложится на горизонтальную лежанку и автоматические реле передвигают его внутрь узкой трубы с сильным магнитным полем, где он находится примерно в течение 20 минут. Во время диагностики не следует шевелиться, чтобы результаты получились как можно точнее. Второе неудобство, которое вызывает резонансная томография при исследовании малого таза, это необходимость наполненности мочевого пузыря.

Если ваши близкие желают присутствовать при диагностировании, они обязаны подписать информационный документ, согласно которому они ознакомлены с правилами поведения в диагностическом кабинете и не имеют никаких противопоказаний для нахождения рядом с сильным магнитным полем. Одной из причин невозможности нахождения в помещении управления МРТ является наличие в организме посторонних металлических компонентов.

Испол ьзование резонанса в радиосвязи

Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи. Радиоволны от различных передающих станций возбуждают в антенне радиоприемника переменные токи различных частот, так как каждая передающая радиостанция работает на своей частоте. С антенной индуктивно связан колебательный контур (рис. 4.20). Вследствие электромагнитной индукции в контурной катушке возникают переменные ЭДС соответствующих частот и вынужденные колебания силы тока тех же частот. Но только при резонансе колебания силы тока в контуре и напряжения в нем будут значительными, т. е. из колебаний различных частот, возбуждаемых в антенне, контур выделяет только те, частота которых равна его собственной частоте. Настройка контура на нужную частоту обычно осуществляется путем изменения емкости конденсатора. В этом обычно состоит настройка радиоприемника на определенную радиостанцию. Необходимость учета возможности резонанса в электрической цепи. В некоторых случаях резонанс в электрической цепи может принести большой вред. Если цепь не рассчитана на работу в условиях резонанса, то его возникновение может привести к аварии.

Чрезмерно большие токи могут перегреть провода. Большие напряжения приводят к пробою изоляции.

Такого рода аварии нередко случались еще сравнительно недавно, когда плохо представляли себе законы электрических колебаний и не умели правильно рассчитывать электрические цепи.

При вынужденных электромагнитных колебаниях возможен резонанс — резкое возрастание амплитуды колебаний силы тока и напряжения при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебаний. На явлении резонанса основана вся радиосвязь.

Явление резонанса электрических напряжений наблюдается в цепи последовательного колебательного контура, состоящего из емкости (конденсатора), индуктивности и резистора (сопротивления). Для обеспечения энергетической подпитки колебательного контура в последовательную цепь включается также источник электродвижущей силы Е. Источник вырабатывает переменное напряжение с частотой W. При резонансе ток, циркулирующий в последовательной цепи, должен совпадать по фазе с э.д.с. Е. Это обеспечивается, если общее сопротивление схемы Z = R+J(WL — 1/WС) будет лишь активным, т.е. Z=R. Равенство:

(L — 1/WС) = 0 (1),

является математическим условием резонанса в колебательном контуре. При этом величина тока в цепи составит I = E/R. Если преобразовать равенство (1), то получим:

В этом выражении W — является резонансной частотой контура.

Важно то, что в процессе резонанса напряжение на индуктивности равно напряжению на конденсаторе и составляет:

UL = U = WL * I = WLE/R

Общая сумма энергий в индуктивности и емкости (магнитного и электрического полей) постоянна. Это объясняется тем, что между этими полями происходит колебательный обмен энергиями. Суммарное ее количество в любой момент неизменно. При этом обмена энергией между ее источником Е и цепью не происходит. Вместо этого имеет место непрерывное преобразование одного вида энергии в другой.

Для колебательных контуров применятся термин добротность, которая показывает, как соотносятся напряжение на реактивном элемента (емкость или индуктивность) и входное напряжение контура. Добротность вычисляется по формуле:

Для идеальной последовательной цепи с нулевым активным сопротивлением возникновение резонанса сопровождается незатухающими колебаниями. На практике затухание колебаний компенсируется подпиткой контура от генератора колебаний с частотой резонанса.

Применение резонанса напряжений

Явление колебательного резонанса широко используется в радиоэлектронике. В частности, входная цепь любого радиоприемника представляет собой регулируемый колебательный контур. Его резонансная частота, изменяемая с помощью регулировки емкости конденсатора, совпадает с частотой сигнала радиостанции, которую необходимо принять.

В электроэнергетике возникновение резонанса напряжений вследствие сопутствующих ему перенапряжений чревато нежелательными последствиями. Например, в случае подключения к генератору или промежуточному трансформатору длинной кабельной линии (являющейся колебательным контуром с распределенной емкостью и индуктивностью), не соединенной на приемном конце с нагрузкой (это называется режимом холостого хода), весь контур может оказаться в резонансом состоянии. В такой ситуации напряжения, возникающие на некоторых участках цепи, могут оказаться выше расчетных. Это может грозить пробоем изоляции кабеля и выходом его из строя. Такая ситуация предотвращается применением вспомогательной нагрузки.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных. Суть явления электронного парамагнитного резонанса. Исследования с помощью ЭПР металлсодержащих белков. Метод ядерного магнитного резонанса. Применение ЯМР в медицине.

    реферат , добавлен 29.04.2013

    Электрические цепи переменного тока, их параметры. Понятие и основные условия явления резонанса. Особенности изменения индуктивного и емкостного сопротивления. Анализ зависимости фазового сдвига между током и напряжением на входе контура от частоты.

    контрольная работа , добавлен 16.01.2010

    Схема цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, включенными последовательно. Расчет значений тока и падения напряжения. Понятие резонанса напряжений. Снятие показаний осциллографа. Зависимость сопротивления от частоты входного напряжения.

    лабораторная работа , добавлен 10.07.2013

    Возбуждение ядер в магнитном поле. Условие магнитного резонанса и процессы релаксации ядер. Спин-спиновое взаимодействие частиц в молекуле. Схема устройства ЯМР-спектрометра. Применение спектроскопии ЯМР 1H и 13CРазличные методы развязки протонов.

    реферат , добавлен 23.10.2012

    Особенности вынужденных колебаний. Явление резонанса, создание неразрушающихся конструкций. Использование колебаний в строительстве, технике, для сортировки сыпучих материалов. Вредные действия колебаний. Качка корабля и успокоители; антирезонанс.

    курсовая работа , добавлен 21.03.2016

    Определение влияния активного, индуктивного и емкостного сопротивления на мощность и сдвиг фаз между током и напряжением в электрической цепи переменного тока. Экспериментальное исследование резонансных явлений в параллельном колебательном контуре.

    лабораторная работа , добавлен 11.07.2013

    Исследование асинхронного трехфазного двигателя с фазным ротором. Схема последовательного и параллельного соединения элементов для исследования резонанса напряжений. Резонанс напряжений, токов. Зависимость тока от емкости при резонансе напряжений.

    лабораторная работа , добавлен 19.05.2011

    Электрическая цепь при последовательном и параллельном соединении элементов с R, L и C, их сравнительные характеристики. Треугольник напряжений и сопротивлений. Понятие и свойства резонанса токов и напряжений, направления и особенности его регулирования.

    реферат , добавлен 27.07.2013

    Практическая проверка и определение физических явлений, происходящих в цепи переменного тока при последовательном соединении резистора, индуктивной катушки и конденсатора. Получение резонанса напряжений, построение по опытным данным векторной диаграммы.

    лабораторная работа , добавлен 12.01.2010

    Квантовая механика как абстрактная математическая теория, выражающая процессы с помощью операторов физических величин. Магнитный момент и ядерный спин, их свойства и уравнение. Условия термодинамического равновесия и применение резонансного эффекта.

Знание физики и теории этой науки напрямую связано с ведением домашнего хозяйства, ремонтом, строительство и машиностроением. Предлагаем рассмотреть, что такое резонанс токов и напряжений в последовательном контуре RLC, какое основное условие его образования, а также расчет.

Что такое резонанс?

Определение явления по ТОЭ: электрический резонанс происходит в электрической цепи при определенной резонансной частоте, когда некоторые части сопротивлений или проводимостей элементов схемы компенсируют друг друга. В некоторых схемах это происходит, когда импеданс между входом и выходом схемы почти равен нулю, и функция передачи сигнала близка к единице. При этом очень важна добротность данного контура.

Признаки резонанса :

  1. Составляющие реактивных ветвей тока равны между собой IPC = IPL, противофаза образовывается только при равенстве чистой активной энергии на входе;
  2. Ток в отдельных ветках, превышает весь ток определенной цепи, при этом ветви совпадают по фазе.

Иными словами, резонанс в цепи переменного тока подразумевает специальную частоту, и определяется значениями сопротивления, емкости и индуктивности. Существует два типа резонанса токов:

  1. Последовательный;
  2. Параллельный.

Для последовательного резонанса условие является простым и характеризуется минимальным сопротивлением и нулевой фазе, он используется в реактивных схемах, также его применяет разветвленная цепь. Параллельный резонанс или понятие RLC-контура происходит, когда индуктивные и емкостные данные равны по величине, но компенсируют друг друга, так как они находятся под углом 180 градусов друг от друга. Это соединение должно быть постоянно равным указанной величине. Он получил более широкое практическое применение. Резкий минимум импеданса, который ему свойствен, является полезным для многих электрических бытовых приборов. Резкость минимума зависит от величины сопротивления.

Схема RLC (или контур) является электрической схемой, которая состоит из резистора, катушки индуктивности, и конденсатора, соединенных последовательно или параллельно. Параллельный колебательный контур RLC получил свое название из-за аббревиатуры физических величин, представляющих собой соответственно сопротивление, индуктивность и емкость. Схема образует гармонический осциллятор для тока. Любое колебание индуцированного в цепи тока, затухает с течением времени, если движение направленных частиц, прекращается источником. Этот эффект резистора называется затуханием. Наличие сопротивления также уменьшает пиковую резонансную частоту. Некоторые сопротивление являются неизбежными в реальных схемах, даже если резистор не включен в схему.

Применение

Практически вся силовая электротехника использует именно такой колебательный контур, скажем, силовой трансформатор. Также схема необходима для настройки работы телевизора, емкостного генератора, сварочного аппарата, радиоприемника, её применяет технология «согласование» антенн телевещания, где нужно выбрать узкий диапазон частот некоторых используемых волн. Схема RLC может быть использована в качестве полосового, режекторного фильтра, для датчиков для распределения нижних или верхних частот.

Резонанс даже использует эстетическая медицина (микротоковая терапия), и биорезонансная диагностика.

Принцип резонанса токов

Мы можем сделать резонансную или колебательную схему в собственной частоте, скажем, для питания конденсатора, как демонстрирует следующая диаграмма:


Схема для питания конденсатора

Переключатель будет отвечать за направление колебаний.


Схема: переключатель резонансной схемы

Конденсатор сохраняет весь ток в тот момент, когда время = 0. Колебания в цепи измеряются при помощи амперметров.


Схема: ток в резонансной схеме равен нулю

Направленные частицы перемещаются в правую сторону. Катушка индуктивности принимает ток из конденсатора.

Когда полярность схемы приобретает первоначальный вид, ток снова возвращается в теплообменный аппарат.

Теперь направленная энергия снова переходит в конденсатор, и круг повторяется опять.

В реальных схемах смешанной цепи всегда есть некоторое сопротивление, которое заставляет амплитуду направленных частиц расти меньше с каждым кругом. После нескольких смен полярности пластин, ток снижается до 0. Данный процесс называется синусоидальным затухающим волновым сигналом. Как быстро происходит этот процесс, зависит от сопротивления в цепи. Но при этом сопротивление не изменяет частоту синусоидальной волны. Если сопротивление достаточно высокой, ток не будет колебаться вообще.

Обозначение переменного тока означает, что выходя из блока питания, энергия колеблется с определенной частотой. Увеличение сопротивления способствует к снижению максимального размера текущей амплитуды, но это не приводит к изменению частоты резонанса (резонансной). Зато может образоваться вихретоковый процесс. После его возникновения в сетях возможны перебои.

Расчет резонансного контура

Нужно отметить, что это явление требует весьма тщательного расчета, особенно, если используется параллельное соединение. Для того чтобы в технике не возникали помехи, нужно использовать различные формулы. Они же Вам пригодятся для решения любой задачи по физике из соответствующего раздела.

Очень важно знать, значение мощности в цепи. Средняя мощность, рассеиваемая в резонансном контуре, может быть выражена в терминах среднеквадратичного напряжения и тока следующим образом:

R ср = I 2 конт * R = (V 2 конт / Z 2) * R.

При этом, помните, что коэффициент мощности при резонансе равен cos φ = 1

Сама же формула резонанса имеет следующий вид:

ω 0 = 1 / √L*C

Нулевой импеданс в резонансе определяется при помощи такой формулы:

F рез = 1 / 2π √L*C

Резонансная частота колебаний может быть аппроксимирована следующим образом:

F = 1/2 р (LC) 0.5

Где: F = частота

L = индуктивность

C = емкость

Как правило, схема не будет колебаться, если сопротивление (R) не является достаточно низким, чтобы удовлетворять следующим требованиям:

R = 2 (L / C) 0.5

Для получения точных данных, нужно стараться не округлять полученные значения вследствие расчетов. Многие физики рекомендуют использовать метод, под названием векторная диаграмма активных токов. При правильном расчете и настройке приборов, у Вас получится хорошая экономия переменного тока.

В колебательном контуре, обладающем индуктивностью L, емкостью C и сопротивлением R, свободные электрические колебания имеют тенденцию к затуханию. Чтобы колебания не затухали, необходимо периодически пополнять контур энергией, тогда возникнут вынужденные колебания, которые не будут затухать, ведь внешняя переменная ЭДС станет теперь поддерживать колебания в контуре.

Если колебания поддерживать источником внешней гармонической ЭДС, частота которой f очень близка к резонансной частоте колебательного контура F, то амплитуда электрических колебаний U в контуре станет резко возрастать, то есть наступит явление электрического резонанса .


Рассмотрим сначала поведение конденсатора C в цепи переменного тока. Если к генератору, напряжение U на выводах которого меняется по гармоническому закону, присоединить конденсатор C, то заряд q на обкладках конденсатора станет меняться также по гармоническому закону, как и ток I в цепи. Чем больше емкость конденсатора, и чем выше частота f, прикладываемой к нему гармонической ЭДС, тем больше окажется ток I.

С этим фактом связано представление о так называемом емкостном сопротивлении конденсатора XC, которое он вносит в цепь переменного тока, ограничивая ток подобно активному сопротивлению R, но в сравнении с активным сопротивлением, конденсатор не рассеивает энергию в виде тепла.

Если активное сопротивление рассеивает энергию, и таким образом ограничивает ток, то конденсатор ограничивает ток просто из-за того, что в нем не успевает уместиться больше заряда, чем генератор может дать за четверть периода, к тому же в следующую четверть периода конденсатор отдает энергию, которая накопилась в электрическом поле его диэлектрика, обратно генератору, то есть хоть ток и ограничен, энергия не рассеивается (потерями в проводах и в диэлектрике пренебрежем).


Теперь рассмотрим поведение индуктивности L в цепи переменного тока. Если вместо конденсатора присоединить к генератору катушку, обладающую индуктивностью L, то при подаче от генератора синусоидальной (гармонической) ЭДС на выводы катушки, — в ней начнет возникать ЭДС самоиндукции , поскольку при изменении тока через индуктивность, увеличивающееся магнитное поле катушки стремится препятствовать росту тока (закон Ленца), то есть получается, что катушка вносит в цепь переменного тока индуктивное сопротивление XL — дополнительное к сопротивлению провода R.

Чем больше индуктивность данной катушки, и чем выше частота F тока генератора, тем выше индуктивное сопротивление XL и меньше ток I, ведь ток просто не успевает устанавливаться, потому что ЭДС самоиндукции катушки ему мешает. И каждые четверть периода энергия, накопленная в магнитном поле катушки, возвращается к генератору (потерями в проводах пока пренебрежем).


В любом реальном колебательном контуре последовательно соединены индуктивность L, емкость C и активное сопротивление R.

Индуктивность и емкость действуют на ток противоположно в каждую четверть периода гармонической ЭДС источника: на обкладках конденсатора , хотя уменьшается ток, а при нарастании тока через индуктивность ток хоть и испытывает индуктивное сопротивление, но нарастает и поддерживается.

И во время разряда: разрядный ток конденсатора сначала большой, напряжение на его обкладках стремится установить большой ток, а индуктивность препятствует увеличению тока, и чем больше индуктивность, тем меньший разрядный ток будет иметь место. При этом активное сопротивление R вносит чисто активные потери. То есть полное сопротивление Z, последовательно включенных L, C и R, при частоте источника f, будет равно:

Из закона Ома для переменного тока очевидно, что амплитуда вынужденных колебаний пропорциональна амплитуде ЭДС и зависит от частоты. Полное сопротивление цепи будет наименьшим, а амплитуда тока будет наибольшей при условии, что индуктивное сопротивление и емкостное при данной частоте равны между собой, в этом случае наступит резонанс. Отсюда же выводится формула для резонансной частоты колебательного контура :

Когда источник ЭДС, емкость, индуктивность и сопротивление включены между собой последовательно, то резонанс в такой цепи называется последовательным резонансом или резонансом напряжений. Характерная черта резонанса напряжений — значительные напряжения на емкости и на индуктивности, по сравнению с ЭДС источника.

Причина появления такой картины очевидна. На активном сопротивлении по закону Ома будет напряжение Ur, на емкости Uc, на индуктивности Ul, и составив отношение Uc к Ur можно найти величину добротности Q. Напряжение на емкости будет в Q раз больше ЭДС источника, такое же напряжение окажется приложенным к индуктивности.

То есть резонанс напряжений приводит к возрастанию напряжения на реактивных элементах в Q раз, а резонансный ток будет ограничен ЭДС источника, его внутренним сопротивлением и активным сопротивлением цепи R. Таким образом, сопротивление последовательного контура на резонансной частоте минимально.

Явление резонанса напряжений используют в , например если необходимо устранить из передаваемого сигнала составляющую тока определенной частоты, то параллельно приемнику ставят цепочку из соединенных последовательно конденсатора и катушки индуктивности, чтобы ток резонансной частоты этой LC-цепочки замкнулся бы через нее, и не попал к бы приемнику.

Тогда токи частоты далекой от резонансной частоты LC-цепочки будут проходить в нагрузку беспрепятственно, и только близкие к резонансу по частоте токи — будут находить себе кротчайший путь через LC-цепочку.

Или наоборот. Если необходимо пропустить только ток определенной частоты, то LC-цепочку включают последовательно приемнику, тогда составляющие сигнала на резонансной частоте цепочки пройдут к нагрузке почти без потерь, а частоты далекие от резонанса окажутся сильно ослаблены и можно сказать, что к нагрузке совсем не попадут. Данный принцип применим к радиоприемникам, где перестраиваемый колебательный контур настраивают на прием строго определенной частоты нужной радиостанции.

Вообще резонанс напряжений в электротехнике является нежелательным явлением, поскольку он вызывает перенапряжения и выход из строя оборудования.

В качестве простого примера можно привести длинную кабельную линию, которая по какой-то причине оказалась не подключенной к нагрузке, но при этом питается от промежуточного трансформатора. Такая линия с распределенной емкостью и индуктивностью, если ее резонансная частота совпадет с частотой питающей сети, просто будет пробита и выйдет из строя. Чтобы предотвратить разрушение кабелей от случайного резонанса напряжений, применяют вспомогательную нагрузку.

Но иногда резонанс напряжений играет нам на руку и не только в радиоприемниках. Например, бывает, что в сельской местности напряжение в сети непредсказуемо упало, а станку нужно напряжение не менее 220 вольт. В этом случае явление резонанса напряжений спасает.

Достаточно последовательно со станком (если приводом в нем является асинхронный двигатель) включить по несколько конденсаторов на фазу, и таким образом напряжение на обмотках статора поднимется.

Здесь важно правильно подобрать количество конденсаторов, чтобы они точно скомпенсировали своим емкостным сопротивлением вместе с индуктивным сопротивлением обмоток просадку напряжения в сети, то есть слегка приблизив цепь к резонансу — можно поднять упавшее напряжение даже под нагрузкой.


Когда источник ЭДС, емкость, индуктивность и сопротивление включены между собой параллельно, то резонанс в такой цепи называется параллельным резонансом или резонансом токов. Характерная черта резонанса токов — значительные токи через емкость и индуктивность, по сравнению с током источника.

Причина появления такой картины очевидна. Ток через активное сопротивление по закону Ома будет равен U/R, через емкость U/XC, через индуктивность U/XL, и составив отношение IL к I можно найти величину добротности Q. Ток через индуктивность будет в Q раз больше тока источника, такой же ток будет течь каждые пол периода в конденсатор и из него.

То есть резонанс токов приводит к возрастанию тока через реактивные элементы в Q раз, а резонансная ЭДС будет ограничена ЭДС источника, его внутренним сопротивлением и активным сопротивлением цепи R. Таким образом, на резонансной частоте сопротивление параллельного колебательного контура максимально.

Аналогично резонансу напряжений, резонанс токов применяется в различных фильтрах. Но включенный в цепь, параллельный контур действует наоборот, чем в случае с последовательным: установленный параллельно нагрузке, параллельный колебательный контур позволит току резонансной частоты контура пройти в нагрузку, поскольку сопротивление самого контура на собственной резонансной частоте максимально.

Установленный последовательно с нагрузкой, параллельный колебательный контур не пропустит сигнал резонансной частоты, поскольку все напряжение упадет на контуре, а на нагрузку придется мизерная доля сигнала резонансной частоты.

Так, основное применение резонанса токов в радиотехнике — создание большого сопротивления для тока определенной частоты в ламповых генераторах и усилителях высокой частоты.

В электротехнике резонанс токов используется с целью достижения высокого коэффициента мощности нагрузок, обладающих значительными индуктивными и емкостными составляющими.

Например, представляют собой конденсаторы, подключаемые параллельно обмоткам асинхронных двигателей и трансформаторов, работающих под нагрузкой ниже номинальной.

К таким решениям прибегают как раз с целью достижения резонанса токов (параллельного резонанса), когда индуктивное сопротивление оборудования делается равным емкостному сопротивлению подключаемых конденсаторов на частоте сети, чтобы реактивная энергия циркулировала между конденсаторами и оборудованием, а не между оборудованием и сетью; чтобы сеть отдавала энергию только тогда, когда оборудование нагружено и потребляет активную мощность.

Когда же оборудование работает в холостую, сеть оказывается подключена параллельно резонансному контуру (внешние конденсаторы и индуктивность оборудования), который представляет для сети очень большое комплексное сопротивление и позволяет снизиться .

9 повседневных примеров резонанса – StudiousGuy

Вы когда-нибудь задумывались, как Радио выбирает определенные частоты, чтобы вы могли включить свой любимый канал, или почему на концерте оркестра разбивается стекло? Вы когда-нибудь чувствовали, как мост вибрирует, когда вы идете по нему? Как вы думаете, почему вы сталкиваетесь с такими ситуациями? Ответ кроется в явлении резонанса.

Резонанс — это явление, при котором внешняя сила и вибрирующая система заставляют другую систему вокруг себя вибрировать с большей амплитудой на заданной рабочей частоте.Частота, при которой второе тело начинает колебаться или вибрировать с большей амплитудой, называется резонансной частотой тела.

Давайте посмотрим на примеры резонанса, которые происходят в нашей повседневной жизни.

1. Качели

Качели на детской площадке — один из известных примеров резонанса. Когда мы толкаем качели, они начинают двигаться вперед и назад. Если дать качелю серию регулярных толчков, то можно построить ее движение.Человек, толкающий струну, должен соответствовать времени замаха. Толкатель должен синхронизироваться со временем замаха. Это заставляет движение качелей иметь увеличенную амплитуду, чтобы достичь большего. Как только качели достигают своей естественной частоты колебаний, легкое нажатие на качели помогает сохранить их амплитуду за счет резонанса. Мы называем это синхронное движение «резонансом». Но если толчок дается неравномерно, качели почти не будут вибрировать, и это рассинхронное движение никогда не приведет к резонансу, и качели не поднимутся выше.

2. Гитара

Гитара производит звук исключительно за счет вибрации. В акустической гитаре, когда вы дергаете струну, она вибрирует и передает звуковую энергию в полый деревянный корпус гитары, заставляя его (и воздух внутри) резонировать и усиливая звук (делая его значительно громче).

В то время как в электрогитаре, когда музыкант ударяет по струне, она колеблется, и электромагнитное устройство в гитаре превращает эти колебания в электрический сигнал, который отправляется на усилитель.Усилитель посылает колебания на динамик. Если частота динамиков соответствует вибрации гитары, это приводит к звуку, который называется звуковой обратной связью.

3. Маятник

Маятник работает по тому же принципу, что и качели. Если мы толкнем маятник, он будет двигаться вперед и назад. Непрерывное нажатие через равные промежутки времени вызовет увеличение движения маятника. Если на маятник давать регулярные толчки, его движение может быть построено огромным образом.

4. Певица разбивает бокал вина

Вы когда-нибудь видели или слышали о разбивании бокала в оркестре? Если да, то это все из-за явления резонанса. Собственная частота стекла или любого другого объекта определяется его формой и составом. Если голос певца попадет на резонансную частоту фужера, произойдет передача энергии. Однако полная передача энергии может привести к разрушению стекла.

5.Мост

Группу солдат во время марша по мосту очень часто просят сломать ступеньки. Их ритмичный марш может вызвать экстремальные вибрации на собственной частоте моста. Если их синхронизированные шаги резонируют с собственной частотой моста, мост может развалиться. Таким образом, при проектировании таких конструкций инженеры следят за тем, чтобы резонансные частоты компонентов отличались от частот других колеблющихся компонентов. Самым большим примером того же является Обрушение моста Такома , в котором частота воздуха совпала с частотой моста, что привело к его обрушению.

6. Музыкальная система, играющая в высоком ритме

Вы когда-нибудь замечали, что стены и мебель в вашем доме вибрируют, когда вы включаете музыку в тяжелом ритме? Это связано с тем, что собственная частота мебели резонирует с частотой звука музыки и, следовательно, заставляет их вибрировать.

7. Пение в душе

Люди, которые не очень хорошо поют, звучат гораздо лучше, когда поют в душе, потому что издаваемые чистые ноты резонируют в душевой кабине.Ванная комната — закрытое пространство и местами маленькое; когда вы поете, звуковые волны чаще ударяются о стены, заставляя стену вибрировать, поскольку стены параллельны друг другу. Отраженные звуки ударяются друг о друга, тем самым заставляя стену вибрировать с вашей собственной частотой, и передается более громкий звук.

8. Радио

Когда мы поворачиваем ручку радиоприемника на наш любимый канал, мы меняем собственную частоту приемника. При этом собственная частота приемника совпадает с частотой передачи радиостанции.При совпадении двух частот происходит передача энергии и мы слушаем выбранный канал.

9. Микроволновая печь

Пища быстро нагревается в микроволновой печи из-за резонанса. Излучения, излучаемые микроволновой печью, имеют определенную длину волны и частоту. И, как и все другие объекты, молекулы воды и жира также имеют резонансную частоту. На определенной частоте молекулы поглощают длины волн и начинают вибрировать, вызывая приготовление и нагрев пищи.

примеров резонанса в повседневной жизни

Резонанс возникает, когда частота приложенной силы равна одной из собственных частот вибрации вынужденного или ведомого гармонического осциллятора. Свинг, гитара, маятник, бридж и музыкальная система — вот несколько примеров резонанса в повседневной жизни.
 

С движением ведомого гармонического осциллятора связано очень поразительное явление, известное как резонанс. Она повышается, если внешняя движущая сила периодична с периодом, сравнимым с собственным периодом осциллятора.

В резонансной ситуации движущая сила может быть слабой, амплитуда движения может стать чрезвычайно большой. В случае колеблющегося простого маятника, если мы дуем, чтобы толкнуть маятник всякий раз, когда он оказывается перед нашим ртом, обнаруживается, что амплитуда постоянно увеличивается.

Для демонстрации эффекта резонанса прибор. Горизонтальный стержень AB поддерживается двумя струнами S 1 и S 2 . К этому стержню подвешены три пары маятников aa’, bb’ и cc’.Длина каждой пары одинакова, но различна для разных пар. Если один из этих маятников, скажем, с, сместится в направлении, перпендикулярном плоскости листа бумаги, то его результирующее колебательное движение вызовет в стержне АВ очень слабое возмущающее движение, период которого такой же, как у маятника с’. Благодаря этому легкому движению стержня каждый из оставшихся маятников (aa’, bb’ и cc’) совершает небольшое периодическое движение. Это заставляет маятник с’, длина и, следовательно, период которого точно такие же, как у маятника с, колебаться взад и вперед с постоянно увеличивающейся амплитудой.Однако амплитуды остальных маятников остаются малыми при последующем движении с и с’, поскольку их собственные периоды не совпадают с периодами возмущающей силы, создаваемой стержнем АВ.

Энергия колебаний исходит от движущего источника. При резонансе передача энергии максимальна.

Примеры резонанса в физике

Мы сталкиваемся с множеством примеров резонанса в повседневной жизни.

  • Качели — хороший пример механического резонанса.Это похоже на маятник с одной собственной частотой, зависящей от его длины. Если на качели давать серию регулярных толчков, их движение может быть чрезвычайно велико. Если толчки даются неравномерно, качели почти не будут вибрировать.
  • Колонне солдат при марше по длиннопролетному мосту рекомендуется ломать ступеньки. Их ритмичный марш может вызвать колебания опасно большой амплитуды в конструкции моста.
  • Включение радио — лучший пример электрического резонанса.Когда мы поворачиваем ручку радиоприемника, чтобы настроиться на станцию, мы изменяем собственную частоту электрической цепи приемника, чтобы сделать ее равной частоте передачи радиостанции. Когда две частоты совпадают, поглощение энергии максимально, и мы слышим только эту станцию.
  • Другим хорошим примером резонанса является разогрев и равномерное приготовление пищи в микроволновой печи. Волны, создаваемые в печи этого типа, имеют длину волны 12 см при частоте 3450 МГц.На этой частоте волны поглощаются из-за резонанса едоком и молекулами жира в пище, нагревая их и таким образом готовя пищу.

Давайте посмотрим видео прямо сейчас:

Затухающие колебания

Общеизвестно, что амплитуда колебаний простого маятника постепенно уменьшается со временем, пока не станет равной нулю. Такие колебания, при которых амплитуда монотонно уменьшается со временем, называются затухающими колебаниями.

Из нашего повседневного опыта известно, что движение любой микроскопической системы сопровождается эффектами трения. При описании движения простого маятника этот эффект полностью игнорировался. Когда груз маятника движется взад и вперед, в дополнение к весу груза и натяжению струны груз испытывает вязкое сопротивление из-за своего движения в воздухе. Таким образом, простое гармоническое движение есть идеализация. На практике амплитуда этого движения постепенно становится все меньше и меньше из-за трения и сопротивления воздуха, потому что энергия осциллятора основана на выполнении работы против сил сопротивления.Амплитуда затухающей простой гармонической волны изменяется со временем по сравнению с идеальной незатухающей гармонической волной. Таким образом, мы видим, что:

Демпфирование – это процесс рассеяния энергии колебательной системы.

Затухающие колебания применяются в амортизаторе автомобиля, который обеспечивает демпфирующее усилие для предотвращения чрезмерных колебаний.

См. также: Разница между свободными и вынужденными колебаниями

Резкость резонанса

Мы видели, что при резонансе амплитуда осциллятора становится очень большой.Если амплитуда быстро уменьшается на частоте, немного отличающейся от резонансной, резонанс будет резким. Амплитуда, а также ее резкость зависят от затухания. Чем меньше демпфирование, тем больше амплитуда и резче резонанс.

Система с сильным демпфированием как довольно плоская резонансная кривая, выраженная в амплитуде-частоте.

Эффект демпфирования можно наблюдать, прикрепив к стержню маятник, имеющий легкую массу, например, пробковый шарик, и другой такой же длины, несущий тяжелый груз, например, свинцовый груз такого же размера.Их приводит в колебание третий маятник равной длины, прикрепленный к тому же стержню. Замечено, что амплитуда ведущего боба намного больше, чем у пробкового мяча. Демпфирующий эффект пробкового мяча из-за сопротивления воздуха намного больше, чем при покачивании головой.

Резонанс в физике с анимацией

Просмотр:

Захватывающая физика резонанса

На прошлое Рождество мой двоюродный брат подарил мне массажер для головы.Она и не подозревала об удивительной физике, которую я собирался раскрыть… и научить ее! На самом деле, я был так поражен этим подарком, что решил показать его еще многим людям:

Магия массажеров для головы

Итак, позвольте мне быстро объяснить захватывающую физику массажеров для головы. Любопытно, что когда тянут за длинную струну, а затем отпускают, она заставляет вибрировать все длинные струны. Однако короткие строки — нет.

Правда? А как насчет того, когда вы дергаете за короткие ниточки?

То же самое! Отпускание короткой струны заставляет все короткие струны вибрировать, а длинные практически не двигаются!

Почему?

Точно! Почему???

В видео вы сказали что-то о резонансе…

Да.Но прежде чем перейти к резонансу, мне нужно поговорить о частотах.

Что это?

Частота подсчитывает количество повторений движения за заданный промежуток времени. Другими словами, чем выше частота, тем чаще вы будете чувствовать дрожь. Теперь, что очень важно, струна, как и в музыкальных инструментах, имеет определенную собственную частоту, которую мы обычно называем ее высотой тона или музыкальной нотой. И то же самое на самом деле верно для всех объектов.

Значит, каждая струна массажера для головы имеет собственную частоту?

Да! И, как и в музыке, эти собственные частоты зависят от формы струн и их материалов.Следовательно, все длинные струны имеют одинаковую собственную частоту, которая отличается от общей собственной частоты коротких струн. Теперь, когда вы отпускаете длинную струну, эта длинная струна будет вибрировать на своей собственной частоте. По резонансу это будет возбуждать все окружающие предметы с той же собственной частотой. Вот почему колебания одной длинной струны заставят вибрировать все другие длинные струны, и только их.

Ужасающий резонанс

Что меня восхищает в массажерах для головы, так это универсальность явления, которое они раскрывают.Резонанс вездесущ! И это чревато ужасающими последствиями.

Нравится обрушение моста, упомянутое собеседниками в видео?

Точно! Они имели в виду обрушение Анжерского моста в 1850 году. Этот висячий мост сломался, когда по нему маршировал батальон солдат. Хотя износ моста и плохая погода в тот день определенно сыграли свою роль, считается, что резонанс их марша был тем, что действительно спровоцировало обрушение моста.(Изображение из Викимедиа)

На самом деле в то время явление резонанса было уже хорошо известно военачальникам, так как они требовали от батальонов ломать ступени при пересечении мостов. Но этого было явно недостаточно, чтобы предотвратить обрушение Анжерского моста…

Разве инженеры-строители не могут что-то сделать, чтобы предотвратить резонанс?

Это не так просто. Каждая искусственная конструкция имеет собственные частоты, и резонанс с непредвиденными вибрациями может быть впечатляюще пугающим.Один особенно вопиющий пример произошел с небоскребами в Японии вскоре после землетрясения силой 9 баллов:

.

О, мой… Боже! Надеюсь, приняли меры по противодействию резонансу в современных огромных небоскребах!

Есть! Забавно, но решение избежать колебаний ранее самого высокого здания в мире Taipei 101 состоит в том, чтобы позволить некоторым массивным объектам внутри здания колебаться вне самого здания. Точнее инженеры поместили внутрь Taipei 101 огромные маятники.Эти маятники естественным образом улавливают колебания всего здания.

Я не уверен, что понимаю, почему это работает…

Упрощенно это выглядит следующим образом. Что касается вибраций, то это колебания центра масс. При землетрясении все здание должно будет вибрировать. Однако, позволяя некоторой части его массы вибрировать независимо от самого здания, вибрации самого здания уменьшаются. Вот видео простого эксперимента, демонстрирующего явление так называемого демпфера массы путем сравнения первого случая без демпфера массы и второго случая с демпфером массы:

Предотвращение резонанса или, по крайней мере, уменьшение его последствий является важной частью других усилий в области гражданского строительства.Производители судов предотвращают резонанс между волнами и судном, производители автомобилей избегают шумового резонанса между двигателем и корпусом автомобиля, а строители железных дорог ограничивают резонанс между воздушными линиями. Чтобы вернуться к зданиям, прежде чем перейти к полезному резонансу, вот отличное более полное видео TedEds:

Восхитительный резонанс

Но резонанс — это не всегда плохо. Во-первых, это позволяет проводить впечатляющие шоу с катушками Теслы, как блестяще показано в следующем потрясающем видео Джентльмена-физика:

.

Вау! Вы собираетесь объяснить здесь катушку Тесла?

Извините… нет.Вы можете посмотреть отличное объяснение в этом видео Дрю Колпурс. Вместо этого я хочу поговорить о еще более существенных применениях резонанса.

Нравится что?

Как радио. Вы когда-нибудь думали об этом? Когда вы слушаете 100 утра, вы слышите только 100 утра. Разве это не сводит тебя с ума?

Никогда об этом не думал… Но ДА!!! Это умопомрачительно!

И это благодаря резонансу!

Правда? Какое отношение радио имеет к резонансу?

Ключ — цепь RLC.

Что такое цепь RLC?

Не хочу вдаваться в подробности, но в основном схема RLC состоит из 3 компонентов: сопротивления, катушки индуктивности и конденсатора. Важно отметить, что эта схема имеет собственную частоту, которая в основном зависит от катушки индуктивности и конденсатора.

Цепь имеет собственную частоту? Что это значит?

Это означает, что если вы сразу подаете электрический ток в цепь RLC, то напряжение в точке будет колебаться с этой собственной частотой.Но что еще более важно, если вы подаете переменный электрический ток, частота которого совпадает с собственной частотой цепи RLC, то из-за резонанса электрический ток в цепи RLC будет сильно усилен.

И все же я не понимаю, какое это имеет отношение к радио…

Вместо классического альтернативного источника тока радиоприемники используют электромагнитные радиоволны для запуска токов в своих цепях RLC. И, что особенно важно, из-за резонанса ток, наведенный в RLC-контуре электромагнитными радиоволнами, является только током радиоволн той же частоты, что и собственная частота RLC-контура! Вот почему, когда мы слушаем 100 утра, мы слышим только 100 утра.4$ герц, что равно 1 МГц. Это означает, что сигнал 100 AM колеблется один миллион раз в секунду.

Минуточку… Когда мы слушаем 100 утра, разве мы не слышим реальный звук, а не звук, соответствующий частоте 100 утра?

Да! Это потому, что сигнал 1 МГц — это просто несущая волна . Чтобы отправить фактический сигнал через несущую, вам необходимо модулировать несущую волну. Это можно сделать, умножив несущую волну на фактический голосовой сигнал, который имеет гораздо более низкую частоту.Это соответствует рисунку справа, где первая кривая, помеченная как «сигнал», представляет собой фактическое сообщение, которое необходимо отправить.

Существует небольшая разница между амплитудной модуляцией (AM) и частотной модуляцией (FM). В первом случае колебания фактического сообщения умножаются на колебания несущей волны, а во втором случае частота уменьшается, когда фактический передаваемый сигнал имеет низкую амплитуду, что снижает резонанс.

AM-сигнал выглядит знакомо…

Если вы когда-нибудь работали со звуковыми сигналами, обязательно! Просто взгляните на результаты Google Image для «Звук».

Что это значит? Являются ли голосовые сигналы модуляциями?

Удивительно, да. Когда вы говорите, вы в основном модулируете высоту своего голоса, который действует как носитель волны, умножая его на звук слов, который содержит фактическое сообщение! Очевидно, небольшая разница с радио заключается в том, что вместо электромагнитной волны вы используете механическую волну давления воздуха.

Вы хотите сказать, что наши уши работают как радиоприемники?

Да! Разве это не удивительно?

Но как они это делают? Я имею в виду… У ушей нет внутренних цепей RLC, не так ли?

№Давайте заглянем в наши уши с этим тизером шоу BBC:

Важно отметить, что внутри наших ушей есть набор крошечных волосковых клеток разной высоты, погруженных в жидкость. Эти волосковые клетки точно такие же, как струны наших массажеров для головы. Они будут вибрировать только в том случае, если жидкость, в которую они погружены, вибрирует с их собственной частотой. Теперь, поскольку эта жидкость находится в контакте с давлением воздуха прямо за нашими ушами, она вибрирует соответственно звуковым волнам.Таким образом, удивительно, обнаруживая, какие волосковые клетки вибрируют, наши нейронные системы могут различать частоты, из которых состоят звуковые волны, которые мы слушаем! Разве это не удивительно?

Вау! Это так круто!

Так что на самом деле массажеры для головы — это просто макроскопическая копия потрясающей физической установки, которая находится в наших ушах! Это умопомрачительно! Теперь я должен упомянуть, что есть и другие применения резонанса в медицине. Прежде всего, это знаменитая магнитно-резонансная томография (МРТ), которая позволяет отслеживать активность мозга.Еще одним интересным применением может стать лечение рака.

Музыка и различные частоты

Реальные звуки на самом деле являются дополнением множества различных частот. На самом деле удивительным и в то же время фундаментальным результатом анализа Фурье является тот факт, что все сигналы представляют собой композиции различных частот. Но на самом деле то же самое верно и для собственных частот.

Что ты имеешь в виду?

Я имею в виду, что объекты на самом деле имеют несколько собственных частот. Конечно, некоторые из них являются более « естественными », чем другие, но тот факт, что у них действительно есть несколько из этих частот, является существенным явлением для музыки.Как оказалось, причина, по которой несколько разных музыкальных тонов называются одним и тем же именем от до , сильно зависит от этого факта!

Правда? Вы хотите сказать, что между двумя нотами и существует тесная связь?

Да! Именно на это прекрасно указал удивительный Маркус дю Сотой в шоу BBC Story of Math:

.

Но что это за сильная связь? Какое отношение деление струны вдвое имеет к гармонии звука?

Важно отметить, что струна имеет не только одну форму собственных колебаний.Конечно, основная мода вибрации соответствует вибрации струны только с двумя конечными точками. Но есть и вибрации с неподвижной средней точкой, называемые второй модой. Или, с первой и второй третьей точками, называемой третьим режимом. И так далее… Прекрасную визуализацию этого феномена создал великий Брайан Кокс в вечернем шоу BBC:

.

Частоты различных форм колебаний соответствуют собственным частотам колебаний струны.Таким образом, когда мы возбуждаем гитарную струну, она будет вибрировать на всех различных модах колебаний (хотя первая мода является основной). Теперь, что очень важно, многие из этих режимов вибрации для полной струны являются общими для половинной струны! Фактически все четные моды колебаний являются модами колебаний полуструны. Удивительно, но октава выше от 90 227 до 90 228 содержит все вибрации октавы ниже от 90 227 до 90 228. Вот почему они звучат так гармонично!

Вы хотите сказать, что когда мы слушаем до высокой октавы, мы слышим до нижней октавы?

Именно это я и говорю! При переключении с одного на другое некоторые волосковые клетки наших ушей продолжают вибрировать, как раньше.И именно поэтому в нашем построении музыки существует такая важная гармония!

Отлично!

Я знаю!

Немного математики

Теперь, как математик, я не могу оставить вас с впечатлением, что резонанс работает из-за какой-то необъяснимой магии. Итак, в этом последнем разделе я объясню универсальный лежащий в основе феномен. Для этого нам потребуется обобщить этот паттерн, который соответствует занятиям математикой.

Возможно, это прозвучит странно, поскольку я буду описывать резонанс с очень математической точки зрения, а не выводить уравнения из физического моделирования.Моя статья о тождестве Эйлера является обязательным условием для этого раздела.

Итак, как использовать математику для описания резонанса?

Во-первых, нам нужно описать частоты.

Как вы это описываете?

Частота описывает повторяющееся явление, так как подсчитывает, сколько раз начальное состояние возникает в единицу времени. Какая простейшая математическая структура соответствует этому?

Хммм… не знаю…

Что-то, что возвращается в исходное состояние… Как это звучит?

Нравится петля?

Точь-в-точь как петля! На самом деле, давайте рассмотрим самый простой вид петли: круг! Я утверждаю, что зацикливание на круге — это простейшая установка, в которой понятие частоты начинает обретать смысл.{i\tau k} = 1$. Между моментами времени $t=0$ и $t=1$ это происходит для целых чисел $k$ между $f t= 0$ и $f t = f$. Таким образом, это происходит $f$ раз, а это означает, что в течение 1 единицы времени происходит $f$ колебаний. Итак, да, $f$ — это действительно частота.

Итак, $z(t)$ представляет вибрацию с частотой $f$… Как это связано с собственными частотами?

Важно отметить, что естественные движения индуцируются дифференциальными уравнениями. Таким образом, если $f$ представляет собой собственную частоту объекта, то $z(t)$ должно быть решением физического закона, которому должен подчиняться объект.Этот физический закон математически представляет собой дифференциальное уравнение, которое обычно выводится из законов Ньютона или Максвелла. Но, чтобы быть общим, давайте не будем включать какой-либо конкретный закон, а скорее выведем физический закон объекта просто из его собственной частоты.

Можем ли мы это сделать?

Конечно! Мы знаем, что $z$ является решением этого физического закона, поэтому давайте найдем простейшее дифференциальное уравнение, решением которого оно является.{i \tau f t} = i \tau f z$.{i \tau F t}$ окончательно получаем уравнение $i \tau a (F – f) = A$. В частности, амплитуда вибрации физического объекта имеет абсолютное значение $|a|$, равное:

Эта формула означает, что амплитуда вращения автомобиля пропорциональна амплитуде $A$ внешнего источника, что неудивительно. Но, что более важно, она обратно пропорциональна разнице частот. Итак, поразительно, если частота источника точно совпадает с частотой нашего физического объекта, амплитуда колебаний нашего физического объекта бесконечна! Это резонанс в его крайней степени!

И я предполагаю, что это почти всегда уничтожает физический объект!

Да, действительно! В реальной жизни крайне маловероятно, что $F=f$.2}$, который никогда не взрывается, если $r > 0$.

Откровенно говоря, я не очень доволен собой в этом разделе, так как не могу интуитивно понять резонанс без использования дифференциальных уравнений типа $z-i \tau f z = Z$. Простите за это… Если у вас есть идеи, как сделать лучше, я бы с удовольствием это услышал!

Заключение

В феномене резонанса завораживает его вездесущность в окружающем нас мире. Как сказал Никола Тесла, «, если вы хотите понять вселенную, подумайте об энергии, частоте и вибрации ».В этой вселенной вибраций резонанс играет центральную роль.

Вы не преувеличиваете?

Я так не думаю. Современные теории физики, такие как квантовая механика, наполнены волнами. Понятие частоты имеет важное значение для этих теорий, а резонанс является крайне нелогичным, но ключевым аспектом для понимания этих теорий. И ключ к настоящему пониманию волн лежит в мощном анализе Фурье. Но прежде чем читать об этом подробнее, я предлагаю вам сделать паузу еще на 3 минуты, чтобы посмотреть на удивительный эксперимент Бруссапа с пластиной Хладни, который раскрывает некоторые впечатляющие явления резонанса, возникающие на трясущейся пластине:

.

Здесь происходит то, что песок падает на неколеблющиеся участки плиты.Участки пластины, которые резонируют с центральными колебаниями, благодаря своим колебаниям избавляются от песка.

Как подать заявку — Резонанс

Заявки в Resonance подаются НАПРЯМУЮ , а не через UCAS или любого другого посредника или агентство. Нашим приоритетом является обеспечение высококачественного опыта приема, предлагая индивидуальный процесс подачи заявок, чтобы гарантировать, что вы получите индивидуальное руководство и поддержку. Прямая подача заявки не мешает вам регистрироваться у других поставщиков через UCAS.

Чтобы подать заявку, перейдите на соответствующую страницу курса:

Популярное музыкальное исполнение
Цифровая музыка
Популярное музыкальное исполнение и производство
Популярное музыкальное производство
Музыкальный бизнес

, затем вкладка КАК ПРИМЕНЯТЬ .

Нажмите ПРИМЕНИТЬ , чтобы начать процесс подачи заявки. Это приведет вас к онлайн-форме, предоставленной нашим партнером по проверке Solent University. Инструкции по заполнению формы заявки доступны по телефону здесь .Если вы хотите подать заявку на более чем один курс, вам нужно будет заполнить отдельную заявку на странице каждого курса. Вам не нужно запоминать какие-либо коды курсов UCAS; форма заявки позаботится об этом автоматически.

Ваша заявка в Resonance не ограничена крайними сроками UCAS. Вы можете подать заявку в любое время.

После того, как ваша заявка будет получена, вы будете приглашены на дни открытых дверей, прослушивание и другие возможности. Конкретные детали будут отправлены на этом этапе.

Если у вас возникнут какие-либо проблемы, пожалуйста, свяжитесь с администрацией по адресу электронной почты Resonance-edu.org.

 

Resonance стремится поддерживать кандидатов из самых разных слоев общества. Чтобы отразить это, наша политика приема фокусируется на результатах прослушивания/собеседования, а не только на академических квалификациях.

Процесс прослушивания для всех абитуриентов в возрасте 18 лет и старше предназначен для выявления ваших текущих и потенциальных способностей, а также для оценки вашей пригодности для выбранного курса, а также для профессии в целом.

В прослушивании примут участие:

  • Для исполнителей: индивидуальное исполнение, состоящее из двух контрастных произведений, с последующим обсуждением исполняемой музыки
  • Для поступающих на курс «Цифровая музыка»: примеры ваших работ, например. композиции, постановки, миксы, лупы, звуковые эффекты фолио и т. д.
  • Для поступающих на курс «Музыкальный бизнес»: примеры вашей работы уровня BTEC или A’ с последующим обсуждением ваших деловых интересов и амбиций
  • Во всех случаях: беседа 1-2-1 о вашем личном заявлении и ваших карьерных устремлениях.

 

 

Магнитный резонанс и его приложения

‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» сценарий.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») переменная форма = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма.скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var узкаяBuyboxArea = покупная коробка.смещениеШирина -1 ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (allOptionsInitiallyCollapsed || узкаяBuyboxArea && индекс > 0) { переключать.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } еще { переключить.щелчок() } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Процесс подачи заявки

| Центр магнитно-резонансных исследований Грусса

Разработка предложения по проекту визуализации:

Центр приветствует все предложения по использованию МРТ и МРС в исследованиях человека и животных.Хотя полностью разработанные предложения будут приниматься для рассмотрения, настоятельно рекомендуется консультироваться и/или сотрудничать с преподавателями MRRC, особенно для исследователей с небольшим или отсутствующим техническим опытом работы с MR. Эксперименты с МРТ/МРС, как правило, довольно сложны и требуют множества соображений на всех уровнях, от проектирования до обработки и анализа данных. Преподаватели MRRC доступны для консультаций по разработке и реализации предложений. Таким образом, первым шагом при подаче заявки обычно должна быть консультация с преподавателем MRRC.Следующие предложения помогут вам найти подходящий контакт. С преподавателями можно связаться напрямую по электронной почте или назначить встречу через Асима Якуба по адресу [email protected] или по добавочному номеру 3390.

.
  • Функциональные или структурные исследования человека: д-р Майкл Липтон, д-р Марк Вагшул, д-р Крейг Бранч
  • Другие исследования человека, включая спектроскопию: д-р Майкл Липтон, д-р Марк Вагшул, д-р Крейг Бранч
  • Исследования на крупных животных (3T): Dr.Крейг Бранч, д-р Майкл Липтон, д-р Марк Вагшул
  • Исследования на мелких животных (9,4 T): Dr. Craig Branch, Dr. Min-Hui Cui
  • Потребности в обработке изображений: Доктор Роман Флейшер
  • Потребности в вычислительных ресурсах:

Вы можете скачать форму заявки MRRC здесь.

 

Кто может подавать и работать над протоколом MRRC?

Основные исследователи: Все исследования должны проводиться под наблюдением и ответственностью преподавателя.Студентам и докторантам предлагается проводить исследования в MRRC, и они могут играть важную роль в подготовке предложений и проведении исследований. Тем не менее, все исследования должны иметь факультет ИП. Можно рассмотреть предложения исследователей, не связанных с Эйнштейном. Однако приоритет отдается работе исследователей Эйнштейна.

Требования безопасности исследователя : Окружающая среда МРТ представляет многочисленные серьезные и потенциально опасные для жизни опасности. Перед началом любого проекта весь персонал проекта, включая PI, должен соблюдать все правила безопасности, включая проверку личной безопасности и прохождение формального обучения безопасности MR.Доступ к оборудованию МРТ разрешен только лицам, прошедшим инструктаж по технике безопасности. Исследователи и студенты, которые хотят начать процесс формулирования, подачи и инициирования нового протокола MRRC, должны сначала посетить страницу безопасности MRRC , ознакомиться с политиками безопасности MRRC и пройти онлайн-обучение.

 

Доступ к MRRC будет прекращен для любого лица, нарушающего политику использования MRRC, включая несанкционированное использование систем MRRC, небезопасное использование систем или разрешение несанкционированного доступа к объекту или системам MRRC неуполномоченным лицам.

 

Каковы требования к финансированию моего предложения?

Тарифы на использование систем MRRC можно найти на странице структуры оплаты MRRC . Эти расходы включают расходуемые ресурсы, использованные во время эксперимента МРТ (включая хирургические принадлежности и анестетики), а также использование любого вспомогательного оборудования , доступного в настоящее время в MRRC.

MRRC Time Awards предоставляется на ограниченной конкурсной основе для проектов, предназначенных для получения экспериментальных данных , которые будут поддерживать предложения о внешнем финансировании.Любое предложение, требующее присуждения Time Award, должно включать сотрудника MRRC и веские доказательства того, что предложение о внешнем финансировании либо было подано, либо находится в стадии написания и имеет разумные шансы на успех. MRRC также рассмотрит возможность вручения премий Time Awards за новых проектов , результат которых либо существенно улучшит ресурсы MRRC, доступные другим исследователям, либо принесет какую-то другую значительную выгоду. Отчет о завершении должен быть представлен в конце любой премии времени.Награды за время должны быть завершены в течение одного года с даты инициации.

Как подать предложение?

Все предложения должны включать краткое описательное описание проекта, включая конкретные цели и гипотезы, а также план эксперимента, методы и обоснование размера предметной выборки. Должна быть включена достаточная справочная информация, чтобы обосновать достоинства и значимость проекта. Необходимо учитывать соответствие приоритетам финансирующих учреждений. Эти последние факторы особенно важны для заявок на получение премии Time Awards.Любое связанное предложение о гранте должно быть представлено вместе с заявкой. Тем не менее, краткое описательное предложение, описанное выше, должно быть представлено даже в случае предложения о финансируемом гранте.

Полностью заполненные формы заявки на протокол MRRC можно отправить по электронной почте [email protected] или лично в MRRC. Комитет по рассмотрению протокола MRRC собирается ежемесячно.

Предложения можно подавать до получения разрешений IRB/CTI или IACUC.Однако все протоколы должны получить соответствующие разрешения, прежде чем они будут одобрены для инициации. Протоколы использования человеком должны получить одобрение CCI/IRB , а протоколы использования животных должны получить одобрение IACUC . Обратите внимание, что одобрение CCI/IACUC НЕ гарантирует, что предложение будет одобрено для использования MRRC.

Шаблоны согласия CCI/IRB можно найти здесь и здесь.  

 

Комитет по обзору MRRC (MRC)

Рассмотрение предложений Комитетом по рассмотрению MRRC (MRC) происходит ежемесячно.В состав комитета входят преподаватели MRRC. Члены Ad hoc могут быть приглашены для выполнения конкретных требований по проверке. Комитет рассматривает протоколы на безопасность, осуществимость, размер выборки, требования к ресурсам, использование и доступность.

 

Критерии проверки MRC

  1. Научная заслуга: MRC не рассматривает научные заслуги, но может потребовать доказательства научной заслуги, например, письмо поддержки от заведующего кафедрой или отзывы финансирующего агентства.
  2. Осуществимость: технически осуществимо предложение в рамках существующих ресурсов MRRC? Требуются ли дополнительные ресурсы или техническая реализация и как они будут решаться?
  3. Размер выборки: MRC определит время, необходимое для завершения проекта.Это может отличаться от запрашиваемого в предложении.
  4. Историческое использование MRRC: связано ли предложение с ранее утвержденным протоколом или похоже на него? MRC запросит разъяснение взаимосвязи между предложениями и предыдущими исследованиями, а также распределение времени их MR. Это особенно актуально для запроса наград MRRC Time Awards.
  5. Вероятность успеха: MRC оценивает, есть ли вероятность того, что предложение принесет результат, пригодный для публикации. Завершение каждого исследования должно сопровождаться представлением рукописи, и MRRC должен своевременно получать копию этой рукописи.Поддержка преподавателей и ресурсов MRRC должна быть отмечена во всех статьях и презентациях на конференциях.
  6. Безопасность: MRC несет ответственность за оценку БЕЗОПАСНОСТИ всех предложений, независимо от того, рассмотрены они ранее или нет.

 

Действия MRC:

MRC одобряет, отклоняет или условно одобряет каждый протокол, представленный на рассмотрение. Решение MRC будет направлено главному исследователю и доложено Комитету по институциональному надзору MRRC.

 

Текущий обзор MRC

MRC ежегодно пересматривает все утвержденные протоколы и может запрашивать обновления статуса проекта. Неспособность ответить на эти запросы приведет к приостановке протокола.

0 comments on “Резонанс применение: 4. Применение резонанса | 6. Резонанс | Часть2

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.