תהודה: הגדרה, סוגים, תדירות ודוגמאות

כולם מכירים את הטרופ הישן שבו זמרת אופרת תחנת הכוח פוגעת בתו הנכון וזכוכית קריסטל מתנפצת מהרעש, אך האם זה באמת אפשרי? ייתכן שהמצב נראה מופרך, כמו משהו שהיית יותר סביר שתראה בסרטים או בסרטים מצוירים מאשר בחיים האמיתיים.

למעשה, התופעה של תְהוּדָה פירושו שזה אפשרי מבחינה טכנית בחיים האמיתיים, בין אם תדר התהודה (זה שתואם התדר הטבעי של הזכוכית) מופק על ידי קול של מישהו או על ידי מחזמר אחד או רבים כלים.

למידה נוספת על תהודה מעניקה לך הבנה כיצד צליל עובד, והעקרונות העומדים בבסיס רבים כלי נגינה וכיצד להגביר או להקטין את התנועה במערכת מכנית כמו סט נדנדה או חבל לְגַשֵׁר.

המילה תְהוּדָה במקור מגיע מהלטינית תהודה, שמשמעותו "הד", והיא קשורה קשר הדוק לדהוד, שמשמעותו להחזיר הד או "צליל שוב". אלה שתי הגדרות כבר מתייחסות לגלי קול ונותנות לך תמונה בסיסית של משמעות המילה בפיזיקה גַם.

עם זאת, באופן ספציפי יותר, הגדרת התהודה בפיזיקה היא כאשר תדירות התנודה או הרטט החיצוניים תואמים לאובייקט (או חלל). תדר טבעי, וכתוצאה מכך גורם לו לרטט או מגביר את משרעת התנודה שלו.

במערכות מכניות, תהודה מתייחסת להגברה, חיזוק או הארכת צליל או רעידות אחרות. בדיוק כמו בהגדרה לעיל, זה מחייב הפעלת כוח תקופתי חיצוני בתדר שווה לתדירות התנועה הטבעית של האובייקט, שלעתים מכונה מהדהד תדירות.

לכל האובייקטים יש תדר טבעי או תדר מהדהד, שתוכלו לחשוב עליהם בתור התדר שהאובייקט "אוהב" לרטוט בו. לדוגמא, אם תקישו על זכוכית קריסטל עם ציפורן, היא תתחיל לרטוט בתדירות התהודה שלה ותייצר "טינג" עם גובה תואם. תדירות הרטט תלויה בתכונות הפיזיקליות של האובייקט, ואתה יכול לחזות את זה די טוב בכמה דברים כמו מחרוזת מתוחה.

למידה על כמה דוגמאות לתהודה תעזור לך להבין את צורות התהודה השונות שאתה נתקל בחיי היומיום שלך. הדוגמה הנפוצה והפשוטה ביותר היא גלי קול, כי כשאתה רוטט את מיתרי הקול שלך בצד ימין תדירות (עבור חלל הגרון והפה שלך), אתה יכול לייצר צלילי דיבור וגוונים מוסיקליים שאנשים אחרים יכול לשמוע.

הרטט של מיתרי הקול שלך מייצר את גלי הקול, שהם באמת גלי לחץ באוויר המורכבים קטעים דחוסים לסירוגין (עם צפיפות גדולה מהממוצע) וריפרציות (עם פחות מהממוצע צְפִיפוּת).

רוב כלי הנגינה פועלים באותו אופן. לדוגמא, בכלי פליז, הרטט של שפתי הנגן כנגד השופר יוצר את הרטט הראשוני, וכאשר זה תואם את התהודה תדר (או מכפל ממנו) לגודל הצינור אליו הוא נושף, יש תהודה, ומשרעת התנודה עולה באופן ניכר ומייצרת טון נשמע.

בכלי נשיפה יש "קנה" הרוטט כשמעבירים עליו אוויר, ושוב אותו תהליך של תהודה והגברה הופך את הרטט הקטן הזה לטון מוזיקלי נשמע. כלי מיתר כמו גיטרה הם קצת שונים, אבל המיתרים מכילים תדר רטט מהדהד גלי קול שהופקו מהדהדים בחלל (למשל, בחלל בגופה של גיטרה אקוסטית) כדי להרעיש חזק יותר.

דוגמה פשוטה יותר היא כאשר אתה מפיל כלי או לוחית על הקרקע. הקלאנג המיוצר נגרם על ידי הכלי או הפלטה הרוטטים בתדירות התהודה שלהם. דרך פשוטה זו להפקת צליל משמשת מזלגות כוונון שתוכננו בקפידה, שתוכננו כך כדי לייצר מגרש ספציפי כתדירות הטבעית שלהם, אשר מוזיקאים יכולים לכוון את כלי הנגינה שלהם ל.

למרות שלרוב משתמשים בתהודה בכדי להתייחס לגלי קול, אך תהודה מכנית קלה יותר מבחינה מסוימת. דוגמה פשוטה היא ילד הלומד לשאוב נדנדה בפעם הראשונה. לתנועת התנודה של הנדנדה יש ​​תדר טבעי, וכשהילד לומד לדחוף (כלומר, מפעילים כוח תקופתי) בתדר הטבעי של הנדנדה, הדחיפה שלהם הופכת להרבה יותר יָעִיל. כתוצאה מכך, משרעת התנודה של הנדנדה עולה והאדם שיושב עליה עולה בכל פעם גבוה יותר.

להכות בתדירות הטבעית של אובייקט זה לא תמיד דבר טוב. לדוגמא, חיילים הצועדים על גשר חבלים יחד יכולים לגרום לו לרטוט ללא שליטה ואולי אפילו להתמוטט אם הם ידרשו בתדירות הטבעית שלו. במקרים כאלה, הגנרל עשוי לבקש מהם "לשבור צעד" כך שהם לא מפעילים כוח תקופתי בתדירות הטבעית של הגשר.

לעיצוב גשר יציב עוד יותר יש תדרים מהדהדים, אך הדבר גורם לנושא רק בסיבות נדירות (כמו למשל ב- גשר התליה של ברוטון, גשר באנגליה שקרס בשנת 1831, כביכול בגלל חיילים שצעדו צעד אחר צעד לְגַשֵׁר).

שעונים אנלוגיים תלויים גם בתהודה מכנית ובתדירות הטבעית של רכיב כדי לשמור על זמן. לדוגמא, שעוני מטוטלת משתמשים בתדירות הטבעית של התנודה של המטוטלת כדי לשמור על זמן, וגלגל שיווי משקל פועל על אותו עיקרון בסיסי. אפילו שעוני גביש קוורץ תלויים בתדירות התהודה, אך במקרה זה הגביש מווסת את תנודה ממתנד אלקטרוני, וכתוצאה מכך שופרו עצום ברמת הדיוק בהשוואה לפשוטה יותר עיצובים.

ישנן גם צורות רבות אחרות של תהודה, וכולן פועלות על אותו עיקרון בסיסי. שתי דוגמאות נוספות לתהודה שתכירו קשורות לתנודות אלקטרומגנטיות ולא לדברים מכניים. הראשון הוא המיקרוגל שלך.

הגלים המיוצרים על ידי המיקרוגל מייצרים חום במזון שלך מכיוון שתדירותם תואמת את תדר התהודה של ה- מולקולות בתוך המזון (למשל מולקולות מים ושומן), מה שגורם להם להתנדנד ומשחרר לאחר מכן אנרגיה בצורה של חום.

דוגמה נוספת היא האנטנה לטלוויזיה שלכם או אפילו אנטנת רדיו. מכשירים אלה נועדו למקסם את ספיגת הקרינה האלקטרומגנטית, וכאשר אתה "מכוון" את האנטנה לתדר מסוים, אתה מכוון את תדר התהודה למכשיר. כאשר תדירות האנטנה תואמת את תדר האות הנכנס, היא מהדהדת והטלוויזיה או הרדיו שלך "קולטים" את האות.

כעת, לאחר שאתה מבין את נקודות המפתח לגבי הגדרת התהודה ומהי תדר תהודה, אתה יכול להבין את הדוגמה הקלאסית של זמר שמצליח לשבור כוס קריסטל על ידי שירה בצד ימין גובה הצליל. לזכוכית תדר מהדהד, ואם הזמר מפיק צליל בתדר תואם, הזכוכית תתחיל לרטוט. זה נקרא a רטט אוהד כי לפני שהזמר השמיע רעש, הזכוכית הייתה דוממת לחלוטין.

בהתחלה, ייתכן שיש רטט קטן בזכוכית, אך למעשה לגרום לה להתנפץ דורש פתק מתמשך וקולני בתדירות הנכונה. אם הזמר יכול לעשות זאת, משרעת התנודה של הזכוכית עולה ובסופו של דבר מתחילה לפגוע בשלמות המבנית של הזכוכית. זה רק בשלב זה - כאשר התו הוחזק מספיק זמן כדי שרטט הזכוכית יגיע למשרעת המרבית שהוא יכול לתמוך בו - כאשר הזכוכית תישבר בפועל.