نبذة تعريفية عن ظاهرة الرنين وكيفية حدوثها

2011 تجارب علمية القوة والحركة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ظاهرة الرنين كيفية حدوث ظاهرة الرنين الفيزياء

يتأرجح البندول بوتيرة ثابتة، وإذا دفعت بندولاً على نحو يتوافق مع تواتر أو إيقاع تأرجحه ستلاحظ أن التأرجح سيرتفع أكثر فأكثر.

 يمكنك في هذا الفصل أن تكتشف كيف تدفع البندول برفق وتجعله يبدأ بالتأرجح من دون ملامسته.

يتحرك البندول مثل كل الأجسام المهتزة ذهاباً وإياباً أو نحو الأعلى والأسفل بسرعة ثابتة، أي بمعدل ترددها الطبيعي.

 

ومهما بذلت من جهد لدفع البندول كي تجعله يبدأ تأرجحه أو سحبه إلى الخلف سيتأرجح البندول ضمن تردده الطبيعي. ولو أنك دفعت البندول بوتيرة تردده الطبيعية ذاتها ستجعله يتأرجح لمسافة أبعد فأبعد بأقل جهد ممكن، ويسمى هذا الأثر (الرنين).

والأرجوحة هي شكل من أشكال البندول، ولكي تجعلها تنطلق إلى أعلى مكان ممكن عليك أن تُزامن بين تواتر دفعك لها بما يتوافق وترددها الطبيعي.

وسواء أدفعت الأرجوحة في وقت أبكر من اللازم أم تأخرت بدفعها من دون توافق مع ترددها الطبيعي، فستجد أن الأرجوحة أخذت بالتوقف بدلاً من زيادة تأرجحها.

 

لكل جسم مهتز تردد رنين. فلو أمسكت آلة الكمان الموسيقية وبدأت بغناء لحن ما ضمن التردد الطبيعي لأحد أوتار الكمان فإنه سيحدث صوتاً من دون أن تلمسه.

تحصل هذه الظاهرة لأن صوتك سيؤدي إلى اهتزاز الهواء المحيط بك، وبالتالي ينتقل الاهتزاز إلى الوتر مؤدياً إلى اهتزازه بالتردد نفسه (وهذه تسمى بظاهرة الرنين).

ويمكن أن يؤدي الرنين إلى اهتزاز الأجسام على نحو قوي جداً إلى درجة تسبب إتلاف تلك الأجسام. وقد يؤدي صوت مغني الأوبرا الذي يتمتع بطبقة أو نبرة مرتفعة إلى تحطيم كأس شراب رقيق إذا كان تردد ذلك الصوت مطابقاً للتردد الطبيعي لهذا الكأس.

 

الاهتزاز المدمر

يجب على المهندسين أن يأخذوا بعين الاعتبار التردد الطبيعي للأشياء التي يقومون بتصنيعها، فإذا كان التردد الطبيعي لهيكل السيارة متوافقاً مع صوت المحرك فإن ظاهرة الرنين ستجعل السيارة تهتز على نحو يسبب الإزعاج لسائقها.

وللسبب نفسه، يترتب على الجنود عند عبورهم أحد الجسور أن يغيّروا خطواتهم.

ولو أنهم تابعوا مسيرهم بخطوات منتظمة الإيقاع فربما يتوافق تردد خطواتهم المنتظمة مع التردد الطبيعي للجسر ذاته فيحدث فيه رنين قد يتسبب في سقوط من يسير فوقه إذا بلغ هذا الرنين حداً عنيفاً بسبب اهتزاز الجسر. 

 

بل إن بعض الجسور تعرضت للانهيار بسبب الرنين الذي سببته الرياح العاتية.

تمعّن في الأمثلة الكثيرة حول الرنين. إذا كان في بيتك غسالة ثياب راقب ما يحدث عندما يبدأ الجزء الدوار من الغسالة بالدوران السريع. ستلاحظ أن الغسالة كلها تهتز.

ويحدث هذا عندما يكون تردد الجزء الدوار من الغسالة متوافقاً مع التردد الطبيعي للآلة بأكملها. وإذا كان التردد الطبيعي للآلة يتوافق مع تردد الجزء الدوار فيها وهي في أسرع دورانها فإن أجزاء الغسالة ستتداعى في الحال.

 

وينبغي لك أن تُدرك أن الجزء الدوار من الآلة يتوافق مع التردد الطبيعي للآلة بأكملها للحظات قصير أثناء تسارع دورانه حتى يبلغ حده الأقصى.

وجدنا في النشاط (4) أن تردد البندول يتوقف على طوله فقط. وإن طول البندولين في النشاط الوارد في الصفحات التالية متماثل، وبالتالي يمتلكان التردد الطبيعي ذاته.

وتستطيع في هذا النشاط أن تكتشف كيف يُمكن أن يحدث أحد البندولين رنيناً في البندول الآخر من خلال إرسال الاهتزازات عبر سلك يربط بينهما.

 

الآلة الرنانة:

هناك آلة موسيقية وترية قديمة الطراز تسمى ”هيردي–جيردي“ تتألف من مجموعة من الأوتار التي لا يُعزف عليها بالنقر أو بالقوس أو باللمس من جانب العازف، لكنها مع ذلك تهتز وتصدر نغمات مختلفة، وتسمى هذه الأوتار بالأوتار الرنانة.

وتحدث الموسيقى المنبعثة من هذه الآلة عندما تهتز أوتارها بحسب تردداتها الطبيعية أثناء مرور موجات الصوت عن طريق الهواء المحيط بها إلى الأوتار فتصدر أصواتاً غنية ومتنوعة تتوافق وتردداتها الطبيعية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]