Resonance: คำจำกัดความ ประเภท ความถี่ & ตัวอย่าง

ทุกคนรู้จักเพลงเก่าที่นักร้องโอเปร่าผู้ทรงพลังตีโน้ตที่ถูกต้องและแก้วคริสตัลแตกเป็นเสี่ยง ๆ จากเสียง แต่เป็นไปได้จริงหรือ? สถานการณ์อาจดูเหมือนเป็นเรื่องไร้สาระ เหมือนกับสิ่งที่คุณน่าจะเห็นในภาพยนตร์หรือการ์ตูนมากกว่าในชีวิตจริง

อันที่จริงปรากฏการณ์ของ เสียงสะท้อน หมายถึง เป็นไปได้ในทางเทคนิคในชีวิตจริง ไม่ว่าจะเป็นความถี่เรโซแนนซ์ (อันที่ตรงกัน ความถี่ธรรมชาติของแก้ว) เกิดจากเสียงของใครบางคนหรือโดยดนตรีหนึ่งหรือหลายเพลง เครื่องมือ

การเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสั่นพ้องจะทำให้คุณเข้าใจว่าเสียงทำงานอย่างไร ซึ่งเป็นหลักการที่หนุนหลายอย่าง เครื่องดนตรีและวิธีเพิ่มหรือลดการเคลื่อนไหวในระบบกลไก เช่น ชิงช้าหรือเชือก สะพาน.

คำ เสียงสะท้อน เดิมมาจากภาษาละติน เสียงสะท้อนความหมาย "เอคโค่" และสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเสียงสะท้อน ซึ่งหมายถึงการสะท้อนกลับหรือ "เสียงอีกครั้ง" เหล่านี้ คำจำกัดความสองข้อเกี่ยวข้องกับคลื่นเสียงอยู่แล้วและให้ภาพพื้นฐานของความหมายของคำในวิชาฟิสิกส์ เกินไป.

อย่างไรก็ตาม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คำจำกัดความของการสั่นพ้องในฟิสิกส์คือเมื่อความถี่ของการสั่นภายนอกหรือการสั่นสะเทือนตรงกับวัตถุ (หรือช่อง)

ในระบบกลไก การสั่นพ้องหมายถึงการขยายเสียง การเสริมกำลัง หรือการยืดเวลาของเสียงหรือการสั่นสะเทือนอื่นๆ เช่นเดียวกับคำจำกัดความข้างต้น สิ่งนี้ต้องการแรงคาบภายนอกเพื่อใช้ที่ความถี่ เท่ากับความถี่ของการเคลื่อนที่ตามธรรมชาติของวัตถุ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าเรโซแนนซ์ ความถี่.

วัตถุทั้งหมดมีความถี่ธรรมชาติหรือความถี่เรโซแนนซ์ ซึ่งคุณสามารถคิดได้ว่าเป็นความถี่ที่วัตถุ "ชอบ" สั่นที่ ตัวอย่างเช่น หากคุณแตะแก้วคริสตัลด้วยเล็บมือ แก้วจะเริ่มสั่นที่ความถี่เรโซแนนท์และจะสร้าง "ติง" ด้วยระดับเสียงที่สอดคล้องกัน ความถี่ของการสั่นสะเทือนขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุ และคุณสามารถคาดเดาสิ่งนี้ได้ค่อนข้างดีสำหรับบางสิ่ง เช่น เชือกตึง

การเรียนรู้ตัวอย่างการสั่นพ้องจะช่วยให้คุณเข้าใจรูปแบบต่างๆ ของการสะท้อนที่คุณพบในชีวิตประจำวันของคุณ ตัวอย่างที่พบบ่อยและง่ายที่สุดคือคลื่นเสียง เพราะเมื่อคุณสั่นสายเสียงทางด้านขวา ความถี่ (สำหรับช่องคอและปากของคุณ) คุณสามารถสร้างเสียงพูดและเสียงดนตรีที่คนอื่นได้ สามารถได้ยิน

การสั่นของเส้นเสียงทำให้เกิดคลื่นเสียง ซึ่งเป็นคลื่นแรงดันในอากาศจริงๆ ซึ่งประกอบด้วย ส่วนที่บีบอัดสลับกัน (ที่มีความหนาแน่นมากกว่าค่าเฉลี่ย) และส่วนหายาก (ที่มีค่าน้อยกว่าค่าเฉลี่ย ความหนาแน่น)

เครื่องดนตรีส่วนใหญ่ทำงานในลักษณะเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ในเครื่องทองเหลือง การสั่นของริมฝีปากของผู้เล่นกับปากเป่าทำให้เกิดการสั่นเริ่มต้น และเมื่อสิ่งนี้ตรงกับเสียงก้อง ความถี่ (หรือหลายเท่า) สำหรับขนาดของท่อที่เป่าเข้าไป มีการสั่นพ้อง และแอมพลิจูดของการสั่นเพิ่มขึ้นอย่างเด่นชัดและก่อให้เกิด เสียงที่ได้ยิน

ในเครื่องเป่าลมไม้ มี "กก" ที่สั่นสะเทือนเมื่อมีอากาศผ่านเข้ามา และกระบวนการเดียวกันของการสั่นพ้องและการขยายเสียงแบบเดียวกันจะเปลี่ยนการสั่นเล็กๆ นี้ให้กลายเป็นเสียงดนตรีที่ได้ยิน เครื่องสาย เช่น กีตาร์ มีความแตกต่างกันเล็กน้อย แต่เครื่องสายมีความถี่การสั่นพ้อง และ คลื่นเสียงที่เกิดขึ้นในโพรง (เช่น ในช่องว่างในร่างกายของกีตาร์โปร่ง) ทำให้เกิดเสียง ดังขึ้น

ตัวอย่างที่ง่ายกว่าคือเมื่อคุณวางเครื่องมือหรือจานบนพื้น เสียงดังกราวที่เกิดจากเครื่องมือหรือแผ่นสั่นสะเทือนที่ความถี่เรโซแนนซ์ วิธีที่ง่ายกว่าในการสร้างเสียงนี้ใช้โดยส้อมเสียงที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถัน ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เป็น เพื่อสร้างระดับเสียงเฉพาะตามความถี่ธรรมชาติ ซึ่งนักดนตรีจะปรับแต่งเครื่องดนตรีของตนได้ ถึง.

แม้ว่าการสั่นพ้องมักจะใช้เพื่ออ้างถึงคลื่นเสียง แต่การสั่นพ้องทางกลก็เข้าใจได้ง่ายกว่าในบางวิธี ตัวอย่างง่ายๆ คือ เด็กที่กำลังหัดแกว่งวงสวิงเป็นครั้งแรก การแกว่งของวงสวิงมีความถี่ตามธรรมชาติ และเมื่อเด็กเรียนรู้ที่จะผลัก (กล่าวคือ ใช้แรงเป็นระยะ) ที่ความถี่ธรรมชาติของวงสวิง แรงผลักจะมากขึ้น มีประสิทธิภาพ ด้วยเหตุนี้แอมพลิจูดของการแกว่งของวงสวิงจึงเพิ่มขึ้นและผู้ที่นั่งบนชิงช้าจะสูงขึ้นในแต่ละครั้ง

แม้ว่าการชนกับความถี่ธรรมชาติของวัตถุนั้นไม่ใช่สิ่งที่ดีเสมอไป ตัวอย่างเช่น ทหารที่เดินข้ามสะพานเชือกพร้อมกันอาจทำให้สะพานสั่นสะเทือนจนควบคุมไม่ได้และอาจพังได้หากเหยียบด้วยความถี่ธรรมชาติ ในกรณีเช่นนี้ นายพลอาจขอให้พวกเขา "หยุดขั้น" เพื่อที่พวกเขาจะไม่ใช้แรงเป็นระยะที่ความถี่ธรรมชาติของสะพาน

การออกแบบสะพานที่เสถียรกว่านั้นยังมีความถี่เรโซแนนซ์ แต่สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาในสาเหตุที่หายากเท่านั้น (เช่น กับ สะพานแขวนโบรตัน สะพานในอังกฤษที่พังลงในปี พ.ศ. 2374 สันนิษฐานว่าเป็นเพราะทหารเดินข้ามสะพาน สะพาน).

นาฬิกาอะนาล็อกยังขึ้นอยู่กับการสั่นพ้องทางกลและความถี่ธรรมชาติของส่วนประกอบในการรักษาเวลา ตัวอย่างเช่น นาฬิกาลูกตุ้มใช้ความถี่ธรรมชาติของการแกว่งของลูกตุ้มเพื่อรักษาเวลา และวงล้อสมดุลทำงานบนหลักการพื้นฐานเดียวกัน แม้แต่นาฬิกาคริสตัลควอตซ์ก็ยังขึ้นอยู่กับความถี่เรโซแนนซ์ แต่ในกรณีนี้ คริสตัลจะควบคุม ออสซิลเลเตอร์จากออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ ส่งผลให้มีการปรับปรุงอย่างมากในด้านความแม่นยำเมื่อเทียบกับแบบที่ง่ายกว่า การออกแบบ

การสั่นพ้องยังมีรูปแบบอื่นๆ อีกมากมาย และรูปแบบทั้งหมดทำงานบนหลักการพื้นฐานเดียวกัน อีกสองตัวอย่างของการสั่นพ้องที่คุณคุ้นเคยซึ่งเกี่ยวข้องกับการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่าการสั่นพ้องทางกล อย่างแรกคือไมโครเวฟของคุณ

คลื่นที่ผลิตโดยไมโครเวฟจะสร้างความร้อนในอาหารของคุณ เนื่องจากความถี่ของคลื่นนั้นตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ของ โมเลกุลภายในอาหาร (เช่น โมเลกุลของน้ำและไขมัน) ซึ่งทำให้เกิดการวอกแวกและปล่อยพลังงานออกมาในรูป ของความร้อน

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเสาอากาศสำหรับทีวีของคุณหรือแม้แต่เสาอากาศวิทยุ อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มการดูดซึมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสูงสุด และเมื่อคุณ "ปรับ" เสาอากาศให้เป็นความถี่เฉพาะ แสดงว่าคุณกำลังปรับความถี่เรโซแนนซ์สำหรับอุปกรณ์ เมื่อความถี่ของเสาอากาศตรงกับความถี่ของสัญญาณขาเข้า เสาอากาศจะสะท้อนและทีวีหรือวิทยุของคุณจะ "รับ" สัญญาณ

ตอนนี้คุณเข้าใจประเด็นสำคัญเกี่ยวกับคำจำกัดความของการสั่นพ้องและความถี่เรโซแนนซ์แล้ว คุณสามารถเข้าใจตัวอย่างคลาสสิกของนักร้องที่จัดการทุบแก้วคริสตัลด้วยการร้องเพลงทางด้านขวา at สนาม แก้วมีความถี่เรโซแนนท์ และถ้านักร้องสร้างเสียงที่มีความถี่ตรงกัน แก้วจะเริ่มสั่น นี้เรียกว่า การสั่นสะเทือนที่เห็นอกเห็นใจ เพราะก่อนที่นักร้องจะส่งเสียง แก้วก็นิ่งสนิท

ในตอนแรก อาจมีการสั่นสะเทือนเล็กน้อยในกระจก แต่จริงๆ แล้วการทำให้แตกเป็นเสี่ยงๆ นั้นต้องมีการบันทึกเสียงที่ต่อเนื่องและดังที่ความถี่ที่เหมาะสม หากนักร้องทำได้ แอมพลิจูดของการสั่นของแก้วจะเพิ่มขึ้น และเริ่มลดทอนความสมบูรณ์ของโครงสร้างของแก้วในที่สุด ณ จุดนี้เท่านั้น - เมื่อโน้ตถูกเก็บไว้นานพอสำหรับการสั่นสะเทือนของแก้วถึงแอมพลิจูดสูงสุดที่มันสามารถรองรับได้ - เมื่อแก้วจะแตกจริง