Όλοι γνωρίζουν το παλιό τραγούδι όπου ένας τραγουδιστής της όπερας του Powerhouse χτυπά τη σωστή νότα και ένα κρύσταλλο από γυαλί θρυμματίζεται, αλλά είναι πραγματικά δυνατό; Η κατάσταση μπορεί να φαίνεται υπερβολική, όπως κάτι που θα ήταν πολύ πιο πιθανό να δείτε σε ταινίες ή κινούμενα σχέδια από ό, τι στην πραγματική ζωή.
Στην πραγματικότητα, το φαινόμενο του απήχηση σημαίνει ότι είναι τεχνικά δυνατό στην πραγματική ζωή, είτε η συχνότητα συντονισμού (αυτή που ταιριάζει η φυσική συχνότητα του γυαλιού) παράγεται από τη φωνή κάποιου ή από ένα ή πολλά μουσικά όργανα.
Η εκμάθηση περισσότερων για τον συντονισμό σάς δίνει μια κατανόηση για το πώς λειτουργεί ο ήχος, τις αρχές που υποστηρίζουν πολλούς μουσικά όργανα και πώς να αυξήσετε ή να μειώσετε την κίνηση σε ένα μηχανικό σύστημα όπως ένα σετ ταλάντευσης ή ένα σχοινί γέφυρα.
Ορισμός του συντονισμού
Η λέξη απήχηση αρχικά προέρχεται από τα λατινικά αντηχήσεις, που σημαίνει «ηχώ» και σχετίζεται στενά με το ηχητικό σήμα, που σημαίνει να επιστρέψω ηχώ ή «ήχο ξανά». Αυτά τα δύο ορισμοί σχετίζονται ήδη με τα ηχητικά κύματα και σας δίνουν μια βασική εικόνα της έννοιας της λέξης στη φυσική πολύ.
Ωστόσο, πιο συγκεκριμένα, ο ορισμός του συντονισμού στη φυσική είναι όταν η συχνότητα μιας εξωτερικής ταλάντωσης ή δόνησης ταιριάζει με ένα αντικείμενο (ή της κοιλότητας) φυσική συχνότητα, και ως αποτέλεσμα είτε το δονεί είτε αυξάνει το πλάτος της ταλάντωσης.
Στα μηχανικά συστήματα, ο συντονισμός αναφέρεται στην ενίσχυση, ενίσχυση ή παράταση του ήχου ή άλλων κραδασμών. Ακριβώς όπως στον παραπάνω ορισμό, αυτό απαιτεί μια εξωτερική περιοδική δύναμη να εφαρμόζεται σε μια συχνότητα ίση με τη φυσική συχνότητα κίνησης του αντικειμένου, το οποίο μερικές φορές ονομάζεται ηχητικό συχνότητα.
Όλα τα αντικείμενα έχουν φυσική συχνότητα ή συχνότητα συντονισμού, την οποία μπορείτε να σκεφτείτε ως τη συχνότητα που το αντικείμενο "αρέσει" να δονείται. Για παράδειγμα, αν αγγίξετε ένα κρύσταλλο με ένα νύχι, θα αρχίσει να δονείται με τη συχνότητα συντονισμού και θα παράγει ένα "ting" με αντίστοιχο βήμα. Η συχνότητα των κραδασμών εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του αντικειμένου και μπορείτε να το προβλέψετε αρκετά καλά για ορισμένα πράγματα όπως μια τεντωμένη χορδή.
Παραδείγματα συντονισμού - συντονισμού ήχου
Η εκμάθηση ορισμένων παραδειγμάτων συντονισμού θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε τις διάφορες μορφές συντονισμού που αντιμετωπίζετε στην καθημερινή σας ζωή. Το πιο συνηθισμένο και απλούστερο παράδειγμα είναι τα ηχητικά κύματα, γιατί όταν δονείτε τα φωνητικά σας κορδόνια στα δεξιά συχνότητα (για την κοιλότητα του λαιμού και του στόματος σας), μπορείτε να παράγετε ήχους ομιλίας και μουσικούς τόνους από άλλους ανθρώπους μπορώ να ακούσω.
Η δόνηση των φωνητικών κορδονιών σας παράγει τα ηχητικά κύματα, τα οποία είναι πραγματικά κύματα πίεσης στον αέρα εναλλασσόμενα συμπιεσμένα τμήματα (με πυκνότητα μεγαλύτερη από το μέσο όρο) και σπάνιες κλασματικές ιδιότητες (με λιγότερο από το μέσο όρο πυκνότητα).
Τα περισσότερα μουσικά όργανα λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο. Για παράδειγμα, σε ένα όργανο ορείχαλκου, η δόνηση των χειλιών της συσκευής αναπαραγωγής στο στόμιο δημιουργεί την αρχική δόνηση και όταν αυτό ταιριάζει με το συντονισμό συχνότητα (ή πολλαπλάσιο από αυτό) για το μέγεθος του σωλήνα στον οποίο φυσάει, υπάρχει συντονισμός και το πλάτος της ταλάντωσης αυξάνεται σημαντικά και παράγει ηχητικός τόνος.
Στα ξύλινα όργανα, υπάρχει ένα "καλάμι" που δονείται καθώς περνάει αέρας πάνω του, και πάλι η ίδια διαδικασία συντονισμού και ενίσχυσης μετατρέπει αυτή τη μικρή δόνηση σε έναν ηχητικό μουσικό τόνο. Τα έγχορδα όπως η κιθάρα είναι λίγο διαφορετικά, αλλά οι χορδές έχουν μια συντονισμένη συχνότητα δόνησης και το τα ηχητικά κύματα που παράγονται αντηχούν στην κοιλότητα (π.χ. στο χώρο στο σώμα μιας ακουστικής κιθάρας) για να κάνουν τον θόρυβο πιο δυνατά.
Ένα απλούστερο παράδειγμα είναι όταν ρίχνετε ένα εργαλείο ή μια πλάκα στο έδαφος. Το παράγωγο που προκαλείται προκαλείται από το εργαλείο ή την πλάκα που δονείται στη συντονισμένη συχνότητά του. Αυτός ο απλούστερος τρόπος παραγωγής ήχου χρησιμοποιείται από προσεκτικά σχεδιασμένα πιρούνια συντονισμού, τα οποία έχουν σχεδιαστεί έτσι να παράγουν ένα συγκεκριμένο βήμα ως τη φυσική τους συχνότητα, το οποίο οι μουσικοί μπορούν στη συνέχεια να συντονίσουν τα όργανα τους προς την.
Παραδείγματα συντονισμού - Μηχανικός συντονισμός
Αν και ο συντονισμός χρησιμοποιείται συνήθως για αναφορά σε ηχητικά κύματα, ο μηχανικός συντονισμός είναι κατά κάποιο τρόπο πιο κατανοητός. Ένα απλό παράδειγμα είναι το παιδί που μαθαίνει να αντλεί μια κούνια για πρώτη φορά. Η ταλαντωτική κίνηση της ταλάντευσης έχει φυσική συχνότητα και όταν το παιδί μαθαίνει να σπρώχνει (δηλαδή, εφαρμόστε μια περιοδική δύναμη) στη φυσική συχνότητα της κούνιας, η ώθηση τους γίνεται πολύ περισσότερο αποτελεσματικός. Ως αποτέλεσμα αυτού, το εύρος της ταλάντωσης της ταλάντευσης αυξάνεται και το άτομο που κάθεται πάνω της αυξάνεται κάθε φορά.
Ωστόσο, το χτύπημα της φυσικής συχνότητας ενός αντικειμένου δεν είναι πάντα καλό. Για παράδειγμα, οι στρατιώτες που βαδίζουν σε μια γέφυρα σχοινιών από κοινού θα μπορούσαν να την προκαλέσουν να δονείται εκτός ελέγχου και ενδεχομένως ακόμη και να καταρρεύσουν εάν περπατούν στη φυσική της συχνότητα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ο στρατηγός μπορεί να τους ζητήσει να «σπάσουν το βήμα», ώστε να μην εφαρμόζουν περιοδική δύναμη στη φυσική συχνότητα της γέφυρας.
Ακόμα πιο σταθερά σχέδια γεφυρών έχουν συντονισμένες συχνότητες, αλλά αυτό προκαλεί μόνο πρόβλημα σε σπάνιες αιτίες (όπως με το Broughton Suspension Bridge, μια γέφυρα στην Αγγλία που κατέρρευσε το 1831, υποτίθεται ότι οφείλεται σε στρατιώτες που βαδίζουν στο βήμα γέφυρα).
Τα αναλογικά ρολόγια εξαρτώνται επίσης από τον μηχανικό συντονισμό και τη φυσική συχνότητα ενός εξαρτήματος για τη διατήρηση του χρόνου. Για παράδειγμα, τα ρολόγια εκκρεμούς χρησιμοποιούν τη φυσική συχνότητα της ταλάντευσης του εκκρεμούς για να διατηρήσουν το χρόνο και ένας τροχός ισορροπίας λειτουργεί με την ίδια βασική αρχή. Ακόμα και τα ρολόγια κρυστάλλου χαλαζία εξαρτώνται από τη συχνότητα συντονισμού, αλλά στην περίπτωση αυτή ο κρύσταλλος ρυθμίζει το ταλάντωση από έναν ηλεκτρονικό ταλαντωτή, με αποτέλεσμα τεράστιες βελτιώσεις στην ακρίβεια σε σύγκριση με την απλούστερη σχέδια.
Άλλα παραδείγματα συντονισμού
Υπάρχουν και πολλές άλλες μορφές συντονισμού, και όλες λειτουργούν με την ίδια βασική αρχή. Δύο άλλα παραδείγματα συντονισμού με τα οποία θα γνωρίζετε είναι οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις και όχι οι μηχανικές. Το πρώτο είναι το φούρνο μικροκυμάτων σας.
Τα κύματα που παράγονται από το φούρνο μικροκυμάτων παράγουν θερμότητα στο φαγητό σας, επειδή η συχνότητά τους ταιριάζει με τη συχνότητα συντονισμού του μόρια μέσα στην τροφή (π.χ. μόρια νερού και λίπους), τα οποία τα αναγκάζουν να ταλαντεύονται και στη συνέχεια να απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή της θερμότητας.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η κεραία της τηλεόρασής σας ή ακόμη και μια κεραία ραδιοφώνου. Αυτές οι συσκευές έχουν σχεδιαστεί για να μεγιστοποιούν την απορρόφηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και όταν «συντονίζετε» την κεραία σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, ρυθμίζετε τη συχνότητα συντονισμού για τη συσκευή. Όταν η συχνότητα της κεραίας ταιριάζει με τη συχνότητα του εισερχόμενου σήματος, αντηχεί και η τηλεόραση ή το ραδιόφωνο "σηκώνει" το σήμα.
Πώς λοιπόν σπάει το κρύσταλλο;
Τώρα που καταλαβαίνετε τα βασικά σημεία σχετικά με τον ορισμό του συντονισμού και τι είναι η συχνότητα συντονισμού, μπορείτε να καταλάβετε το κλασικό παράδειγμα ενός τραγουδιστή που καταφέρνει να σπάσει ένα κρυστάλλινο ποτήρι τραγουδώντας στα δεξιά πίσσα. Το γυαλί έχει συντονισμένη συχνότητα και εάν ο τραγουδιστής παράγει έναν ήχο με αντίστοιχη συχνότητα, το γυαλί θα αρχίσει να δονείται. Αυτό ονομάζεται a συμπαθητική δόνηση γιατί πριν ο τραγουδιστής κάνει θόρυβο, το γυαλί ήταν εντελώς αθόρυβο
Στην αρχή, μπορεί να υπάρχει μια μικρή δόνηση στο γυαλί, αλλά στην πραγματικότητα το να σπάσει απαιτεί μια παρατεταμένη και δυνατή ένταση στη σωστή συχνότητα. Εάν ο τραγουδιστής μπορεί να το κάνει αυτό, το εύρος της ταλάντωσης του γυαλιού αυξάνεται και τελικά αρχίζει να θέτει σε κίνδυνο τη δομική ακεραιότητα του γυαλιού. Μόνο σε αυτό το σημείο - όταν η νότα διατηρείται για αρκετό καιρό ώστε η δόνηση του γυαλιού να φτάσει στο μέγιστο πλάτος που μπορεί να υποστηρίξει - όταν το γυαλί θα σπάσει πραγματικά.