أخر تحديث : السبت 28 يوليو 2018 - 2:20 مساءً

ما هو التردد الطبيعي للأجسام (أو للنظام ) ؟

بتاريخ 28 يوليو, 2018
ما هو التردد الطبيعي للأجسام (أو للنظام ) ؟

المستعين شعيب/ الجديدة

اي جسم او نظام كيف ما كان من الذرات الى الكواكب له ما يسمى بالتردد الطبيعي واذا ما تم رجه او زحزحته او ازعاجه يبدأ بالتذبذب حسب تردده الطبيعي ويكون هذا التذبذب نتيجة الطاقة التي يكتسبتها اثناء رجه او زحزحته من موقع توازنه ويستمر في التذبذب بتردده الطبيعي بوسع غير ثابت! يتناقص مع مرور الزمن الى ان تخمد الذبذبات في الاخير بفعل فقدان الطاقة التي اكتسبتها اثناء الرج ونقول انه عاد الى موضع توازنه المستقر او الى طاقته الاصلية.
ما هو المتذبذب الميكانيكي؟
يشتغل المتذبذب الميكانيكي عن طريق تحويل الطاقة بشكل دوري من الطاقة الحركية الى طاقة الوضع الثقالية وعكسيا. فيستمر هذا التبادل في الطاقة بين الشكلين بنفس تردد النظام الى ان تخمد الذبذبات بفعل تبدد الطاقة بفعل الاحتكاك كما في حالة الارجوحة التي نمثلها بالنواس البسيط، كتلة معلقة بخيط تتذبذب حول موضع توازنها. وهناك بعض المتذبذبات غير ميكانيكية كالدارة الكهربائية LRC يكون متذبذب حيث تتبادل الوشيعة والمكثف الطاقة بينهم وتخمد الذبذبات في الاخير بفعل ضياع الطاقة في المقاومة.
أمثلة:
عند قرع كأس من زجاج نسمع صوت ماهو ذلك الصوت في الحقيقة؟
عندما نقرع الكأس نحن نزعجه وبذلك نعطيه طاقة تجعله يتذبذب بتردده الطبيعي وهذا التذبذب ينتقل من الذرات والجزيئات التي تكون الكأس الى الذرات والجزيئات التي تكون وسط الهواء ثم يستمر هذا التذبذب في الانتشار الى ان يصل اذني وتبدأ طبلة اذني في التذبذب وهكذا الى ان تصل الاشارة الى الدماغ. هذا فقط مثال بسيط بل اي شيء تم قرعه او ازعاجه يتصرف بنفس الطريقة. لكن هذا الصوت لن استمر في سماعه الى ما لا نهاية بل بعد مدة ستفقد الذرات والجزيئات التي تكون الكأس طاقتها الحركية التي اكتسبتها عندما تم ازعاجها! بفعل التذبذب فيبدأ وسع التذبذبات يتناقص الى ان ينعدم وتعود الذرات الى وضعها الطبيعي وينقطع سماع الصوت. لكن اذا استمريت في قرع الكأس سوف استمر في سماع الصوت.
وهنا اريد ان اشير الى ان اذن الانسان لا تسمع جميع الترددات بل هناك مجال محدود للترددات المسموعة من طرف الانسان قد تكون هناك تذبذبات بترددات غير مسموعة من طرف الانسان فمجال السمع عند الانسان محصور بين 20Hz الى 20KHz ومع التقدم في السن يبدأ الانسان فقدان سماع الترددات العالية.
ما هي ظاهرة الرنين؟
تحدث ظاهرة الرنين عندما يكون جسم قادر على تحويل الطاقة بشكل دوري من شكل الى آخر كما سلفنا الذكر في حالة المتذبذب الميكانيكي.

الرنين: هي ظاهرة فيزيائية حيث يبدأ نظام او جسم ما بالاهتزاز بفعل قوة خارجية تزوده بطاقة مستمرة عند نفس تردده الطبيعي وتجعله يهتز أو يتذبذب بتردده الطبيعي بوسع متزايد او ثابت. كما أن النظام قد يكون له أكثر من تردد طبيعي واحد فإذا كان للنظام أكثر من تردد طبيعي واحد نختار فقط تردد واحد ونزوده بطاقة حسب هذا التردد. اذن فالرنين هو ان نجبر جسم ما على التذبذب بتردده الطبيعي بوسع ثابت او متزايد يعني هنا اتكلم عن تذبذبات قسرية سوف استمر في تزويد الجسم المتذبذب بالطاقة عند نفس تردد الجسم وهنا يجب ان اسطر على نفس التردد لأنه هو الشرط الاساسي في هذه الحلقة كلها لا يمكن ان يحدث رنين الا اذا كان الجسم الذي يزود الاخر بالطاقة بنفس تردده وهنا يجب ان اعطي مثال على ذلك! وابسط مثال هو الارجوحة والتي نمثلها في حالتنا بنواس بسيط! اذا ازحنا النواس من مكان توازنه سوف يبدأ بالتذبذب حول مركز توازنه بتذبذبات بوسع متناقص يعني سوف تخمد بفعل الاحتكاكات مع الهواء ولكن اذا اردت ان يبقى النواس مستمر في التذبذب بنفس الوسع دون تناقص هنا يجب ان ازود النواس عند كل مدة تساوي دور النواس بنفس الطاقة التي ضاعت منه خلال هذه المدة يعني النواس انطلق داهبا من اليمين الى اليسار سوف يبلغ الى قيمة قصوى في اليسار ثم يعود الى اليمين انتظره حتى يصل الى القيمة القصوى على اليمين ومباشرة عند محاولته العودة ازوده بنفس الطاقة التي ضاعت منه عند ذهابه وايابه (الطاقة الضائعة خلتل ذبذبة واحدة) وهنا تسمى تذبذبات بوسع ثابت لكن اذا اردت ان استمر في تكبير الوسع سوف ازوده عند كل دور زمني كما ذكرنا من قبل بطاقة اكبر من تلك التي ضاعت منه خلال الذبذبة الواحدة واذا استمريت في اعطائه في كل ذبذبة طاقة اكبر واكبر سيستمر الوسع في الازدياد
لكن اذا فعلت نفس الشيء مع الكأس واستمريت في تزويده بالطاقة خلال كل ذبذبة يعني بنفس تردده الطبيعي سوف يستمر وسع الذبذبة في الازدياد الى ان يصل الى قيمة كبيرة حيث لا يتحملها زجاج الكأس وسوف ينكسر وهناك عدة امثلة لانكسار الكأس بفعل ظاهرة الرنين يمكنك مشاهدتها على قناة اليوتيوب! وهنا يجب ان اشير الى شيء مهم جدا للتوضيح أكثر اذا اردنا ان نزود النواس بالطاقة عند نفس تردده يجب ان نعطيه طاقة فقط عندما تكون طاقة وضعه الثقالية قصوى يعني ان يكون في الوسع القصوي على اليمين او على اليسار واذا اعطيته طاقة وكان في وسع اقل من وسعه القصوي فلن اغير شيء وسوف تبدد هذه الطاقة وقد تحد من طاقته ويتوقف وفي هذه الحالة لا نتكلم عن رنين لأن تردد التزويد بالطاقة وتردد النواس مختلفان!

الرنين في الحقيقة كتعريف بسيط واضح هو تزويد جسم بطاقة بنفس تردده الطبيعي حيث تجعل وسع ذبذباته ثابت او يتزايد مع مرور الزمن وخطورة الرنين تتمثل في ان في بعض الاحيان تكون مدمرة كما في حالة الكأس.ا
سوف اذكركم بحالة رنين معاشة معنا احيانا نشغل السنبور ثم يبدأ احيانا بالاهتزاز بشكل عنيف جدا وهذه تمثل حال من حالات الرنين حيث ان تردد الماء الذي يسير في الانبوب يكون له نفس تردد السنبور مما يجعل وسع تذبذباته يزداد بشكل كبير وقد يحصل هذا كذلك في السيارة احيانا اذا كان تردد صوت المحرك يتناسب مع التردد الطبيعي لهيكل السيارة.
#ملاحظة
في هذه المقالة تكلمت فقط على الرنين الميكانيكي ولكن الرنين لا يقتصر فقط على ما هو ميكانيكي بل هو ظاهرة شاملة وتحيط بجميع المجالات وتستعمل بكثرة في مجال الالكترونيك وكذلك في الراديو فعندما نبحث عن تردد قناة ما فإننا نضبط تردد الدارة الكهربائية على تردد الرنين لإلتقاط الاشارة… انصحكم بالمزيد من البحث حول الموضوع لأنه أكثر اهمية فحتى في بناء الجسور الكبيرة وناطحات السحاب يجب الاخد بعين الاعتبار ظاهرة الرنين لأن بفعل الرنين قد تدمر عمارات وجسور .

<