Resonantie versus natuurlijke frequentie
Resonantie en natuurlijke frequentie zijn twee zeer belangrijke onderwerpen die worden besproken onder het onderwerp golven en trillingen. Het speelt ook een cruciale rol op gebieden zoals circuittheorie, rampenbeheer, engineering en zelfs life sciences. Dit artikel zal proberen deze twee fenomenen, hun betekenis, hun overeenkomsten en tenslotte hun verschillen te bespreken.
Natuurlijke frequentie
Elk systeem heeft een eigenschap die de natuurlijke frequentie wordt genoemd. De eigenfrequentie van een systeem is erg belangrijk; het is de frequentie die het systeem zal volgen, als het systeem is voorzien van een kleine oscillatie. Gebeurtenissen zoals aardbevingen en wind kunnen objecten vernietigen met dezelfde natuurlijke frequentie als de gebeurtenis zelf. Het is erg belangrijk om de natuurlijke frequentie van een systeem te begrijpen en te meten om het te beschermen tegen dergelijke natuurrampen. Natuurlijke frequentie is direct gerelateerd aan resonantie. Het zal later worden uitgelegd. Systemen zoals gebouwen, elektronische en elektrische circuits, optische systemen, geluidssystemen en zelfs biologische systemen hebben natuurlijke frequenties. Ze kunnen de vorm hebben van impedantie, oscillatie of superpositie, afhankelijk van het systeem.
Resonantie
Wanneer een systeem (bijvoorbeeld een slinger) een kleine trilling krijgt, begint het te slingeren. De frequentie waarmee het zwaait is de eigenfrequentie van het systeem. Stel je nu een periodieke externe kracht voor die op het systeem wordt uitgeoefend. De frequentie van deze externe kracht is niet noodzakelijk gelijk aan de natuurlijke frequentie van het systeem. Deze kracht zal proberen het systeem te laten oscilleren naar de frequentie van de kracht. Hierdoor ontstaat een ongelijk patroon. Een deel van de energie van de externe kracht wordt door het systeem geabsorbeerd. Laten we nu eens kijken naar het geval waarin de frequenties hetzelfde zijn. In dit geval zal de slinger vrij zwaaien met maximale energie die wordt geabsorbeerd door de externe kracht. Dit wordt resonantie genoemd. In dit geval, zelfs als de slinger en de kracht zich niet in dezelfde fase bevinden, zou de slinger zich uiteindelijk aanpassen aan de fase van de kracht. Dit is een geforceerde oscillatie. Omdat de slinger de meeste energie absorbeert bij resonantie, is de amplitude van de slinger maximaal bij resonantie. Dit is het gevaar dat de aardbevingen en stormen met zich meebrengen. Stel dat de natuurlijke frequentie van een gebouw dezelfde is als die van de aardbeving, dan zal het gebouw met de hoogste amplitude zwaaien en uiteindelijk instorten. Er is ook een resonantietoestand in LCR-circuits. De impedantie van elke LCR-combinatie hangt af van de frequentie van de wisselstroom. De resonantie vindt plaats bij de minimale impedantie. De frequentie die overeenkomt met de minimale frequentie is de resonantiefrequentie. Bij de hoogste impedantie wordt gezegd dat het systeem anti-resonant is. Deze resonantie en anti-resonantie worden veel gebruikt in respectievelijk afstemcircuits en filtercircuits.
Wat is het verschil tussen resonantie en natuurlijke frequentie?
• Natuurlijke frequentie is een eigenschap van een systeem.
• Resonantie is een gebeurtenis die optreedt wanneer een systeem wordt voorzien van de externe periodieke kracht die de natuurlijke frequentie heeft.
• Natuurlijke frequentie kan worden berekend voor een systeem.
• De amplitude van de geleverde kracht bepa alt de amplitude van de resonantie.
