Вынужденные колебания. Резонанс. Воздействие резонанса и борьба с ним

Работа внешней силы над системой обеспечивает приток энергии к системе извне. Приток энергии не даёт колебаниям затухнуть, несмотря на действие сил трения.

Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты изменения внешней силы, действующей на систему, с частотой её свободных колебаний называется резонансом.

Почему возникает резонанс? При резонансе амплитуда вынужденных колебаний максимальна из-за того, что создаются наиболее благоприятные условия для передачи энергии от внешнего источника периодической силы к системе. Внешняя сила при резонансе действует в такт со свободными колебаниями. На протяжении всего периода её направление совпадает с направлением скорости колеблющегося тела. Поэтому на протяжении всего периода эта сила совершает только положительную работу. При установившихся колебаниях положительная работа внешней силы равна по модулю отрицательной работе силы сопротивления.

Любое упругое тело, будь то мост, станина машины, её вал, корпус корабля, представляют собой колебательную систему и характеризуется собственными частотами колебаний. При работе двигателей нередко возникают периодические усилия, связанные с движением частей двигателя (поршней) или с недостаточно точной центровкой из вращающихся деталей. Если частота этих периодических усилий совпадает с частотой свободных колебаний системы, то возникает резонанс. Амплитуда колебаний может возрасти настолько, что возможна поломка машин, хотя напряжение в материале и не превышает предела прочности при статических нагрузках. Материалы при переменных нагрузках со временем теряют прочность, после чего внезапно разрушаются.