Номер 4.119, страница 101 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 4. Механические колебания. Вынужденные колебания - номер 4.119, страница 101.

Условие.

4.119. Почему вибрирующие установки высотных зданий ставят на специальные резиновые или металлические амортизаторы?

Решение.

Решение

Вибрирующие установки в высотных зданиях, такие как мощные вентиляторы, системы кондиционирования, насосы и лифтовые механизмы, в процессе работы создают механические колебания. Прямая передача этих колебаний на несущие конструкции здания (фундамент, стены, перекрытия) крайне нежелательна и опасна по нескольким причинам.

Главная опасность заключается в явлении резонанса. Каждое здание, как и любое упругое тело, имеет свои собственные частоты колебаний. Если частота вынужденных колебаний, создаваемая работающей установкой, совпадет с одной из собственных частот здания или его отдельных элементов (например, балок или плит перекрытий), возникнет резонанс. Это явление характеризуется резким, многократным увеличением амплитуды колебаний. Такие колебания большой амплитуды могут вызвать усталостные напряжения в материалах конструкций, появление трещин и, в конечном итоге, привести к разрушению части или даже всего здания.

Чтобы предотвратить передачу вибраций и исключить возможность возникновения резонанса, вибрирующие установки монтируют на специальные резиновые или металлические амортизаторы (также называемые виброизоляторами). Их задача — изолировать источник вибрации от остальной части здания. Принцип действия амортизаторов основан на двух эффектах:

1. Поглощение энергии (демпфирование). Амортизаторы, особенно резиновые, обладают свойством рассеивать энергию колебаний. При деформации амортизатора механическая энергия превращается в теплоту за счет внутреннего трения в материале. Этот процесс называется демпфированием, и он эффективно гасит колебания, уменьшая их амплитуду и, следовательно, силу, передаваемую на конструкцию.

2. Виброизоляция за счет изменения частоты. Амортизатор является упругим элементом. Устанавливая оборудование на амортизаторы, создают новую колебательную систему «оборудование – амортизатор». Собственную частоту этой системы подбирают так, чтобы она была значительно ниже рабочей частоты оборудования. В результате большая часть вибрационной энергии не передается на основание, так как частота воздействия оказывается далеко от собственной частоты как новой системы, так и от собственных частот самого здания.

Таким образом, использование амортизаторов является необходимой мерой для обеспечения конструктивной безопасности и долговечности здания, а также для акустического комфорта людей, находящихся внутри, поскольку это предотвращает разрушительное явление резонанса и снижает уровень шума и вибраций.

Ответ: Вибрирующие установки ставят на специальные резиновые или металлические амортизаторы для того, чтобы изолировать их от конструкций здания. Амортизаторы поглощают и рассеивают энергию колебаний (демпфируют их), а главное — предотвращают возникновение резонанса. Резонанс — это опасное явление, при котором частота вибраций оборудования совпадает с собственной частотой колебаний здания, что приводит к резкому увеличению амплитуды колебаний и может вызвать разрушение конструкций. Амортизаторы обеспечивают безопасность и долговечность здания, а также комфорт для людей.