Setiap objek yang boleh bergetar mempunyai frekuensi semula jadi, iaitu kadar ia berayun bebas apabila diganggu. Resonans berlaku apabila tolakan luar dikenakan tepat pada frekuensi itu. Setiap tolakan tiba pada saat yang betul untuk menambah tenaga, jadi ayunan meningkat kepada amplitud yang besar.
Kanak-kanak di atas buaian merasainya secara langsung: tolak pada masa yang salah dan buaian tersekat, tetapi tolak sekali setiap kitaran, seiring dengan gerakan, dan ia naik semakin tinggi dengan sedikit usaha.
Resonans boleh berguna atau memudaratkan. Ia membolehkan badan gitar menguatkan nada tali dan membolehkan radio menala ke satu stesen. Tetapi ia juga boleh membuat jambatan bergoyang secara bahaya jika langkah kaki atau angin sepadan dengan frekuensi semula jadinya, sebab itu askar memecah langkah di atas jambatan.
Dalam SPM, anda patut mengaitkan resonans dengan pemadanan frekuensi pemacu dengan frekuensi semula jadi, dan memberi contoh berguna serta yang tidak diingini.
Salah faham biasa
- Tolakan lebih besar sentiasa memberi getaran lebih besar -> Ketepatan masa lebih penting; tolakan kecil pada frekuensi semula jadi membina getaran besar.
- Resonans hanya berlaku dalam alat muzik -> Ia berlaku pada mana-mana objek yang mempunyai frekuensi semula jadi, daripada buaian hingga jambatan.
- Resonans sentiasa membantu -> Ia juga boleh memusnahkan, seperti membuat struktur bergetar secara bahaya.
Fizik di sebaliknya
Setiap objek yang boleh bergetar mempunyai frekuensi semula jadi, ditulis f₀, iaitu frekuensi ayunan bebasnya setelah digerakkan. Frekuensi diukur dalam hertz (Hz), iaitu bilangan ayunan lengkap setiap saat, dan ia berkait dengan tempoh T melalui f₀ = 1/T. Resonans berlaku apabila daya pemacu luar dikenakan pada frekuensi semula jadi yang sama ini.
Apabila frekuensi pemacu sepadan dengan f₀, setiap tolakan tiba tepat seiring dengan gerakan dan menyuap tenaga pada saat yang betul, jadi amplitud meningkat secara mantap kepada nilai yang besar. Pertimbangkan bandul ringkas dengan tempoh T = 2 s.
Frekuensi semula jadinya ialah f₀ = 1/T = 1 ÷ 2 s = 0.5 Hz.
Memacu bandul itu dengan tolakan lembut pada 0.5 Hz membuatnya berayun semakin tinggi, manakala menolak pada 0.3 Hz atau 0.8 Hz memberi kesan yang sedikit. Kekuatan tolakan kurang penting berbanding ketepatan masanya; daya kecil yang diberi seiring rentak boleh membina ayunan besar, dan itulah intipati resonans.
Lihat dalam kehidupan seharian
Mesin basuh jenis muat depan sering memberi tunjuk cara yang jelas. Ketika dram memecut dalam kitaran pemutaran, ada satu laju tertentu yang tiba-tiba menggegar dan menghentak seluruh mesin dengan kuat, kemudian reda semula apabila laju melepasinya.
Laju bising itu ialah tempat getaran paksa daripada dram yang berputar sepadan dengan frekuensi semula jadi mesin di atas kakinya, dan resonans membina amplitud yang besar dan menggegar.
Anda mungkin perasan perkara sama apabila lori berat melahu di luar dan cermin nako pada tingkap atau pintu almari yang longgar mula berdengung. Getaran enjin kebetulan mengenai frekuensi semula jadi cermin atau panel itu, jadi ia bergetar jauh lebih daripada yang lain.
Versi bilik darjah menggunakan dua garpu tala serupa. Ketuk satu, letak berhampiran yang satu lagi, dan yang kedua mula berbunyi dengan sendirinya, kerana gelombang bunyi daripada yang pertama memacunya tepat pada frekuensi semula jadinya.
Tenaga berpindah daripada satu garpu ke garpu yang lain melalui resonans.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2, idea ini diuji dengan kata perintah seperti takrifkan, terangkan, huraikan dan nyatakan. Anda mungkin diminta mentakrifkan resonans, menerangkan bagaimana ia membina amplitud yang besar, atau menghuraikan eksperimen seperti bandul Barton, di mana satu bandul pemacu menggerakkan yang lain.
Dalam bab Gelombang yang sama, resonans dipasangkan terus dengan pelembapan, kerana sistem terlembap kehilangan tenaga dan amplitud resonansnya terhad. Ia dibina atas asas gelombang dan ayunan, tempat frekuensi semula jadi, amplitud dan tempoh ditakrifkan, dan ia menjelaskan sifat yang kemudiannya dilihat dalam bunyi.
Satu tugasan kerap ialah menghuraikan bandul Barton dan menyatakan mengapa hanya bandul dengan panjang yang sama, justeru frekuensi semula jadi yang sama dengan pemacu, berayun dengan amplitud terbesar. Hubungkaitkan panjang dengan tempoh, guna f₀ = 1/T untuk mencari frekuensi semula jadi, dan kekalkan frekuensi dalam hertz sepanjang penaakulan anda.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)