Mekanik sistemlerde rezonans, yalnızca kuvvet uygulayan frekansın periyodik olarak uygulandığı frekansın, üzerinde çalıştığı sistemin doğal frekanslarından birine eşit veya neredeyse eşit olması halinde ortaya çıkan bir olgudur. Bu, sistemin, diğer frekanslarda kuvvet uygulandığında olduğundan daha büyük genlikte salınmasına neden olur.
Tepki genliğinin göreceli bir maksimum olduğu frekanslar ayrıca sistemin rezonans frekansları veya rezonans frekansları olarak da bilinir. Rezonans frekanslarının yakınında küçük periyodik kuvvetler, titreşim enerjisinin depolanması nedeniyle büyük genlik salınımları üretme kabiliyetine sahiptir.
Tepki genliğinin göreceli bir maksimum olduğu frekanslar ayrıca sistemin rezonans frekansları veya rezonans frekansları olarak da bilinir. Rezonans frekanslarının yakınında küçük periyodik kuvvetler, titreşim enerjisinin depolanması nedeniyle büyük genlik salınımları üretme kabiliyetine sahiptir.
Elektriksel veya optik gibi diğer sistemlerde, rezonans olarak tanımlanan ancak harici bir sürücüye değil, sistemin farklı yönleri arasındaki etkileşime bağlı olan olaylar ortaya çıkar.
Örneğin, elektriksel rezonans, kondansatör ve indüktörlü bir devrede meydana gelir, çünkü indükleyicinin çökmekte olan manyetik alanı, kapasitörünü yükleyen sargılarında bir elektrik akımı üretir ve ardından boşaltma kapasitörü, indüktördeki manyetik alanı oluşturan bir elektrik akımı sağlar. . Devre şarj edildiğinde, salınım kendi kendine devam eder ve harici periyodik sürüş hareketi yoktur. Bu, mekanik enerjinin kinetik ve potansiyel arasında ileri geri dönüştürüldüğü ve her iki sistemin de basit harmonik osilatörlerin formları olduğu mekanik bir sarkaçla benzerdir.
Örneğin, elektriksel rezonans, kondansatör ve indüktörlü bir devrede meydana gelir, çünkü indükleyicinin çökmekte olan manyetik alanı, kapasitörünü yükleyen sargılarında bir elektrik akımı üretir ve ardından boşaltma kapasitörü, indüktördeki manyetik alanı oluşturan bir elektrik akımı sağlar. . Devre şarj edildiğinde, salınım kendi kendine devam eder ve harici periyodik sürüş hareketi yoktur. Bu, mekanik enerjinin kinetik ve potansiyel arasında ileri geri dönüştürüldüğü ve her iki sistemin de basit harmonik osilatörlerin formları olduğu mekanik bir sarkaçla benzerdir.
Optik boşluklarda, boşlukta tutulan ışık birçok kez ileri geri yansıtır. Bu, durgun dalgalar üretir ve parazitin etkileri nedeniyle sadece bazı radyasyon desenleri ve frekansları korunurken, diğerleri tahrip edici parazitlerle bastırılır. Işık boşluğa girdiğinde salınım kendi kendini sürdürür ve harici periyodik sürüş hareketi yoktur.
Bazı davranışlar rezonansla karıştırılır ancak bunun yerine aeroelastik çarpıntı, hız salınımı veya Avlanma salınımı gibi bir kendi kendine salınım şeklidir. Bu durumlarda, harici enerji kaynağı salınmaz, ancak sistemin bileşenleri periyodik bir şekilde birbirleriyle etkileşime girer.
Bazı davranışlar rezonansla karıştırılır ancak bunun yerine aeroelastik çarpıntı, hız salınımı veya Avlanma salınımı gibi bir kendi kendine salınım şeklidir. Bu durumlarda, harici enerji kaynağı salınmaz, ancak sistemin bileşenleri periyodik bir şekilde birbirleriyle etkileşime girer.
Genel Bakış
Bir sistem iki veya daha fazla farklı depolama modu (basit bir sarkaç durumunda kinetik enerji ve potansiyel enerji gibi) arasında enerji depolayabildiğinde ve kolayca aktarabildiğinde rezonans oluşur. Ancak, sönümleme olarak adlandırılan döngüden döngüye bazı kayıplar vardır. Sönümleme küçükken, rezonans frekansı, sistemin zorlanmış titreşimler frekansı olan doğal frekansına yaklaşık olarak eşittir. Bazı sistemler çoklu, belirgin, rezonans frekanslarına sahiptir.
Rezonans olayları her tür titreşim veya dalgada ortaya çıkar: mekanik rezonans, akustik rezonans, elektromanyetik rezonans, nükleer manyetik rezonans (NMR), elektron dönüş rezonansı (ESR) ve kuantum dalga fonksiyonlarının rezonansı vardır. Rezonant sistemler, belirli bir frekansta (örneğin, müzik aletleri) titreşimler üretmek veya çok sayıda frekans (örneğin filtreler) içeren karmaşık bir titreşimden belirli frekansları seçmek için kullanılabilir.
Rezonans terimi (Latin rezonansından, ‘yankıdan, rezonanstan’ ‘yankıdan’), özellikle müzik aletlerinde, örneğin teller titremeye başladığında ve müzikçalar tarafından doğrudan uyarılmadan ses çıkarmaya başladığında gözlenen akustik alanından kaynaklanmaktadır.
Örnekler
Bilinen bir örnek, bir sarkaç görevi gören bir oyun alanı salıncakıdır. Salınımın doğal aralığı (rezonans frekansı) ile zaman içinde bir kişiyi bir salına itmek, salınımı daha hızlı veya daha yavaş bir tempoda itmeye çalışırken, salınımı daha hızlı veya daha yavaş bir şekilde arttırmaya çalışır. Bunun nedeni, ittirmeler salıncakın doğal salınımlarına uyduğunda, salınımın emdiği enerjinin en üst düzeye çıkarılmasıdır.
Rezonans doğada yaygın olarak görülür ve birçok yapay cihazda kullanılır. Hemen hemen tüm sinüzoidal dalgaların ve titreşimlerin üretildiği mekanizmadır. Metal, cam veya ahşabın sert cisimlerinin çarpması gibi duyduğumuz birçok sese, cisimdeki kısa rezonant titreşimler neden olur. Işık ve diğer kısa dalga boylu elektromanyetik radyasyon, atomlardaki elektronlar gibi atomik bir ölçekte rezonansla üretilir.
Bilinen bir örnek, bir sarkaç görevi gören bir oyun alanı salıncakıdır. Salınımın doğal aralığı (rezonans frekansı) ile zaman içinde bir kişiyi bir salına itmek, salınımı daha hızlı veya daha yavaş bir tempoda itmeye çalışırken, salınımı daha hızlı veya daha yavaş bir şekilde arttırmaya çalışır. Bunun nedeni, ittirmeler salıncakın doğal salınımlarına uyduğunda, salınımın emdiği enerjinin en üst düzeye çıkarılmasıdır.
Rezonans doğada yaygın olarak görülür ve birçok yapay cihazda kullanılır. Hemen hemen tüm sinüzoidal dalgaların ve titreşimlerin üretildiği mekanizmadır. Metal, cam veya ahşabın sert cisimlerinin çarpması gibi duyduğumuz birçok sese, cisimdeki kısa rezonant titreşimler neden olur. Işık ve diğer kısa dalga boylu elektromanyetik radyasyon, atomlardaki elektronlar gibi atomik bir ölçekte rezonansla üretilir.
Diğer rezonans örnekleri:
Modern saatlerin ve saatlerin zaman tutma mekanizmaları, örneğin mekanik bir saatteki denge çarkı ve bir kuvars saatteki kuvars kristali
Fundy Körfezi’nin gelgit rezonansı
Müzik aletlerinin ve insan ses yolunun akustik rezonansları
Doğru adımdaki bir müzik tonuna maruz kaldığında kristal bir bardağın parçalanması (rezonans frekansı)
Cam bir cismin (cam, şişe, vazo) yapılması gibi sürtünme deyimleri, parmak uçlarıyla çevresiyle sürtünerek titrer.
Radyo frekanslarının seçici olarak alınmasına izin veren radyo ve televizyonlardaki ayarlı devrelerin elektriksel rezonansı
Lazer boşluğunda optik rezonans ile tutarlı ışık oluşturulması
Güneş sisteminin gaz devlerinin bazı aylarının örneklediği orbital rezonans
Atom ölçeğindeki madde rezonansları, yoğun madde fiziğinde kullanılan çeşitli spektroskopik tekniklerin temelidir.
Elektron sıkma rezonansı
Mössbauer etkisi
Nükleer manyetik rezonans
Modern saatlerin ve saatlerin zaman tutma mekanizmaları, örneğin mekanik bir saatteki denge çarkı ve bir kuvars saatteki kuvars kristali
Fundy Körfezi’nin gelgit rezonansı
Müzik aletlerinin ve insan ses yolunun akustik rezonansları
Doğru adımdaki bir müzik tonuna maruz kaldığında kristal bir bardağın parçalanması (rezonans frekansı)
Cam bir cismin (cam, şişe, vazo) yapılması gibi sürtünme deyimleri, parmak uçlarıyla çevresiyle sürtünerek titrer.
Radyo frekanslarının seçici olarak alınmasına izin veren radyo ve televizyonlardaki ayarlı devrelerin elektriksel rezonansı
Lazer boşluğunda optik rezonans ile tutarlı ışık oluşturulması
Güneş sisteminin gaz devlerinin bazı aylarının örneklediği orbital rezonans
Atom ölçeğindeki madde rezonansları, yoğun madde fiziğinde kullanılan çeşitli spektroskopik tekniklerin temelidir.
Elektron sıkma rezonansı
Mössbauer etkisi
Nükleer manyetik rezonans