Optique et ondes · Physique AP 1 Unité 6
Simulateur de résonance acoustique et de diapason
Simuler les oscillations forcées et la résonance : les pics d'amplitude lorsque la fréquence de conduite est égale à la fréquence naturelle (f = f0), le couplage de résonance acoustique de la fourche de réglage et l'effondrement du pont Tacoma Narrows.
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- Pas d'inscription
- Dérivés vivants
- Mode projecteur
- Imprimer la feuille de travail
Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
Hz
Hz
Dérivations et métriques en direct
Amplification de résonance Q
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Régime d'oscillation
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Hauteur des rebonds
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Couplage de l'énergie acoustique
--
Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : Un oscillateur a une fréquence naturelle de 4Hz. Une force motrice avec T=0.5s est appliquée. Trouvez la fréquence d'équilibre forcée et la fréquence de conduite résonante.
Dérivation étape par étape :
- 1) La fréquence forcée est égale à la fréquence de conduite : f = 1/0,5 = 2Hz. 2) La résonance nécessite f_drive = f_natural = 4Hz.
Problème travaillé
Problème : Pourquoi les troupes militaires marchent-elles dans l'ordre de casser le pas en franchissant les ponts?
Dérivation étape par étape :
- La marche Cadenced exerce des forces de conduite périodiques. La correspondance de la fréquence naturelle du pont déclenche un effondrement de la résonance violente.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1: Pourquoi monter des fourchettes de réglage sur des boîtes de résonance en bois avec des extrémités ouvertes face à face?
Clé de réponse : Les boîtes de résonance couplent la vibration de fourche à une colonne d'air interne pour amplifier le son et diriger les ondes acoustiques dans la boîte opposée.
Q2. Variante 2: Dans les courbes de résonance (amplitude A vs fréquence de conduite f), est-ce que l'amortissement plus petit rend le pic de résonance plus net ou plus flatteur?
Clé de réponse : Plus fort ! Un amortissement plus faible augmente le facteur de qualité Q et concentre l'énergie près de f0 pour former un pic de résonance raide et aigu.
Q3. Variante 3 : Comment les fours à micro-ondes utilisent-ils la résonance pour chauffer rapidement les aliments?
Clé de réponse : Les micro-ondes de 2,45 GHz correspondent à la résonance de rotation diélectrique des molécules dipolaires d'eau dans les aliments, générant de la chaleur de friction.
Foire aux questions et idées fausses
Quelles sont les applications d'ingénierie positive et négative de la résonance?
Avantages: Tuning radio LC, scanners IRM, chauffage micro-ondes, résonance violon. Dommages : effondrement du pont, usure du tour de vibration, flottement de l'aile des aéronefs.
Une soprano d'opéra peut-elle briser un verre de vin avec sa voix seule ?
Oui ! La hauteur vocale doit correspondre précisément à la fréquence de résonance du verre (dans le volume <0.5Hz) at >105 dB pendant plusieurs secondes continues).
La fréquence à l'état d'équilibre de l'oscillation forcée est-elle régie par l'objet ou le conducteur?
Strictement par la force motrice ! Le système vibre à la fréquence exacte du conducteur quel que soit son emplacement naturel.
Comment le gratte-ciel a accordé les amortisseurs de masse (p. ex. Taipei 101's 660-tonne de pendule) atténuer l'emprise?
TMD période naturelle correspond skyscraper way. Lorsque le vent oscille, le pendule résonne en antiphase, absorbant l'énergie cinétique vibrationnelle.