ΠΕΙΡΑΜΑ: ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ

Στις 12 Απριλίου του 1831 η Γέφυρα Broughton στην Αγγλία κατέρρευσε όταν ένα στράτευμα πέρασε από πάνω της ακολουθώντας το συντονισμένο  ρυθμό μιας παρέλασης. Ως αποτέλεσμα ο Αγγλικός Στρατός εξήγγειλε διαταγή σύμφωνα με την οποία όταν ένα στράτευμα διέρχεται πάνω από μια γέφυρα θα πρέπει να κινείται με ελεύθερο βήμα. Τι συνέβη όμως και η γέφυρα έπεσε?  

Για την κατανόηση του πειράματος μας θα εξηγήσουμε αρχικά κάποιες έννοιες.

ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ

Όταν στην φυσική αναφερόμαστε στον όρο ταλάντωση, κάνουμε λόγο για μια περιοδική κίνηση ενός σώματος γύρω από μια θέση ισορροπίας. Στην ελεύθερη ταλάντωση το ταλαντούμενο σύστημα διεγείρεται από κάποιο εξωτερικό αίτιο μια φορά και στην συνέχεια αφήνεται ελεύθερο να ταλαντωθεί. Εάν τώρα στο σύστημα δεν ασκείται κάποια δύναμη αντίστασης όπως είναι η αντίσταση του αέρα και η τριβή τότε το πλάτος της ταλάντωσης θα παραμένει σταθερό. Αν όμως υπάρχουν δυνάμεις αντίστασης τότε το πλάτος της ταλάντωσης θα μειώνεται εκθετικά με τον χρόνο.

ΙΔΙΟΣΥΧΝΟΤΗΤΑ

Στην περίπτωση της ελεύθερης ταλάντωσης το σύστημα ταλαντώνεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα την οποία ονομάζουμε ιδιοσυχνότητα. Αυτή εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του συστήματος.

ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ

Το ποτήρι στο παράδειγμα μας ήταν αρχικά ακίνητο. Όπως κάθε υλικό σώμα όμως στην περίπτωση που αυτό εκτελούσε μια ελεύθερη ταλάντωση θα είχε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Την ιδιοσυχνότητα. Η γεννήτρια ηχητικών κυμάτων θα παίξει τον ρόλο του διεγέρτη. Θα είναι αυτή δηλαδή που μέσω των ηχητικών κυμάτων θα μεταφέρει ενέργεια στο ποτήρι και θα το εξαναγκάσει σε ταλάντωση. Το πλάτος της ταλάντωσης των τοιχωμάτων του ποτηριού εξαρτάται από την ιδιοσυχνότητα του και την συχνότητα του διεγέρτη που θα το εξαναγκάσει σε ταλάντωση.

Στο παρακάτω διάγραμμα βλέπουμε την εξάρτηση πλάτους σε συνάρτηση με την συχνότητα του διεγέρτη.

ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ

Όταν η συχνότητα του διεγέρτη γίνει ίση με την ιδιοσυχνότητα του ποτηριού θα έχουμε το μέγιστο πλάτος ταλάντωσης. Έτσι η ταλάντωση μπορεί να γίνει τόσο έντονη και να καταρρεύσει ο ταλαντωτής. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται συντονισμός.