強力なオペラ歌手が正しい音符を打ち、クリスタルガラスがノイズから粉々になるという古い比喩を誰もが知っていますが、それは本当に可能ですか？ 実生活よりも映画や漫画で見られる可能性がはるかに高いような状況は、とてつもないものに見えるかもしれません。
実際、の現象 共振 つまり、共振周波数（一致する周波数）に関係なく、実際の生活では技術的に可能です。 ガラスの固有振動数）は、誰かの声または1つまたは複数のミュージカルによって生成されます 楽器。
共鳴についてもっと学ぶことで、音がどのように機能するか、多くの人を支える原理を理解することができます 楽器と、ブランコやロープなどの機械システムの動きを増減する方法 ブリッジ。
共振の定義
言葉 共振 もともとラテン語から来ています 共鳴症、は「エコー」を意味し、エコーまたは「再び音」を返すことを意味するサウンドと密接に関連しています。 これら 2つの定義はすでに音波に関連しており、物理学における単語の意味の基本的な図を示しています あまりにも。
ただし、より具体的には、物理学における共振の定義は、外部振動または振動の周波数がオブジェクト（またはキャビティ）と一致する場合です。 固有振動数、その結果、振動を引き起こすか、振動の振幅を増加させます。
機械システムでは、共振とは、音やその他の振動の増幅、強化、または延長を指します。 上記の定義と同様に、これには、ある周波数で外部の周期的な力を加える必要があります。 オブジェクトの固有振動数に等しく、共振と呼ばれることもあります 周波数。
すべてのオブジェクトには固有周波数または共振周波数があり、オブジェクトが振動するのが「好き」な周波数と考えることができます。 たとえば、クリスタルガラスを指の爪で軽くたたくと、その共振周波数で振動し始め、対応するピッチの「音」が発生します。 振動の周波数はオブジェクトの物理的特性に依存し、ぴんと張った弦のようなものについてはこれをかなりうまく予測できます。
レゾナンスの例–サウンドレゾナンス
共鳴のいくつかの例について学ぶことは、日常生活で遭遇するさまざまな形の共鳴を理解するのに役立ちます。 最も一般的で最も単純な例は音波です。これは、右側の声帯を振動させると 周波数（喉と口の空洞）を使用すると、他の人が発話音や楽音を生成できます 聞こえる。
声帯の振動が音波を生成します。音波は、実際には空気中の圧力波で構成されています。 圧縮されたセクション（平均密度よりも大きい）と希薄化（平均よりも小さい）が交互に現れる 密度）。
ほとんどの楽器は同じように機能します。 たとえば、金管楽器では、マウスピースに対するプレーヤーの唇の振動が初期振動を生成し、これが共鳴と一致すると 彼または彼女が吹き込むパイプのサイズの周波数（またはその倍数）、共振があり、振動の振幅が著しく増加し、 可聴音。
木管楽器には、空気が通過するときに振動する「リード」があり、同じ共鳴と増幅のプロセスがこの小さな振動を可聴楽音に変えます。 ギターのような弦楽器は少し異なりますが、弦には共振周波数の振動があり、 生成された音波は、空洞内（アコースティックギターのボディ内の空間など）で共振してノイズを発生させます 大声で。
より簡単な例は、道具やプレートを地面に落とすときです。 発生するクランは、ツールまたはプレートがその共振周波数で振動することによって発生します。 音を生成するこの簡単な方法は、慎重に設計された音叉によって使用されます。 固有振動数として特定のピッチを生成し、ミュージシャンが楽器をチューニングできるようにします に。
共振の例–機械的共振
共振は通常音波を指すために使用されますが、機械的共振はいくつかの点で理解しやすいです。 簡単な例は、初めてブランコをポンピングすることを学ぶ子供です。 ブランコの振動運動には固有振動数があり、子供が押すことを学ぶとき （つまり、周期的な力を加える）スイングの固有振動数で、それらの押し込みははるかに大きくなります 効果的。 その結果、ブランコの振動の振幅が大きくなり、そのたびに座っている人が大きくなります。
ただし、オブジェクトの固有振動数を打つことは必ずしも良いことではありません。 たとえば、一斉にロープのつり橋を渡って行進している兵士は、ロープのつり橋を制御不能に振動させ、固有振動数で踏むと倒れる可能性があります。 このような場合、一般の人は、橋の固有振動数で周期的な力を加えないように、「ステップを壊す」ように依頼することがあります。
さらに安定したブリッジ設計には共振周波数がありますが、これはまれな原因でのみ問題を引き起こします（ ブロートン吊橋は、1831年に崩壊したイギリスの橋で、兵士が歩調を合わせて行進したためと思われます。 ブリッジ）。
アナログ時計は、機械的共振とコンポーネントの固有振動数にも依存して時間を維持します。 たとえば、振り子時計は振り子のスイングの固有振動数を使用して時間を維持し、バランスホイールは同じ基本原理で動作します。 クォーツ時計でさえ共振周波数に依存しますが、この場合、水晶は 電子発振器からの発振により、単純なものと比較して精度が大幅に向上します デザイン。
共振の他の例
共振には他にも多くの形態があり、それらはすべて同じ基本原理で機能します。 よく知っている他の2つの共振の例は、機械的振動ではなく電磁振動に関係しています。 最初はあなたの電子レンジです。
マイクロ波によって生成された波は、その周波数が食品の共振周波数と一致するため、食品に熱を発生させます 食品内の分子（水や脂肪の分子など）は、ぐらつき、その後、次の形でエネルギーを放出します。 熱の。
もう1つの例は、テレビ用のアンテナやラジオアンテナです。 これらのデバイスは、電磁放射の吸収を最大化するように設計されており、アンテナを特定の周波数に「調整」すると、デバイスの共振周波数を調整します。 アンテナの周波数が着信信号の周波数と一致すると、アンテナが共振し、テレビまたはラジオが信号を「ピックアップ」します。
では、クリスタルはどのように壊れますか？
共振の定義と共振周波数とは何かについての要点を理解したので、 右で歌うことでクリスタルガラスを割ることができた歌手の典型的な例を理解することができます ピッチ。 ガラスには共振周波数があり、歌手が同じ周波数の音を出すと、ガラスが振動し始めます。 これはと呼ばれます 交感神経振動 歌手が音を立てる前は、ガラスは完全に静止していたからです。
最初はガラスに小さな振動があるかもしれませんが、実際にガラスを粉々にするためには、適切な周波数で持続的で大きな音が必要です。 歌手がこれを行うことができれば、ガラスの振動の振幅が増加し、最終的にガラスの構造的完全性を損ない始めます。 ガラスが実際に破損するのは、ガラスの振動がサポートできる最大振幅に達するのに十分な時間、音が持続したときだけです。