Техника - молодёжи 1937-08, страница 38

сильные дрожания. Но если вслед за этим еще более увеличить число оборотов, то мотор снова начнет работать спокойно. Это замечательное явление показывает, что быстроходная машина сама по себе еще не вызывает вредных вибраций, что; следовательно, и быстроходная машина может работать вполне спокойно.

В русском флоте времен империалистической войны были броненосные крейсеры, или, как их тогда называли, крейсеры первого ранга: «Баян», «Адмирал Макаров» и «Паллада». Максимальная скорость хода этих кораблей практически была 18 узлов. Если корабли эти шли 17-узловым ходом, они испытывали сильнейшую тряску, или, как говорили моряки, «дышали».

Вот как один из офицеров с крейсера «Баян» описывает это явление: «Надо было видеть, что делалось с мачтами, трубами, даже корпусом «Баяна». Иногда казалось, что вот-вот мачты сложатся, трубы повалятся, а корпус так и не разогнется». На всех других скоростях, в том числе и больших, «Баян» ходил вполне нормально.

Известно, что многие современные самолеты при определенных скоростях мотора испытывают сильную тряску. Зафиксировано много случаев поломок мотора и частей самолета. Во всех случаях мы имели определенную вынуждающую силу (машина парохода, мотор самолета), действующую на упругое сооружение.

Все эти случаи недопустимо больших колебаний носят название резонанса. Установлено, что резонанс наступает в том случае, когда период вынуждающей силы и вынужденных колебаний равен периоду собственных колебаний, совпадает с ним. Резонансное состояние сооружения принято называть критическим, потому что оно обычно связано с разрушением или поломками. В тех случаях, когда вынуждающая сила возникает от какой-либо машины, очевидно, что скорость машины будет определять и период вынуждающей силы. Ту скорость, при которой период вынуждающей силы становится равным периоду собственных колебаний, называют критической. В нашем примере критической скоростью крейсера «Баян» и была скорость 17 узлов. Теперь понятно, почему так важно знать период собственных колебаний сооружения. Зная его, можно выбирать условия работы вынуждающей силы так, чтобы период вынужденных колебаний отличался от периода колебаний собственных — в таком случае резонанса не будет, и сооружение не будет разрушено.

Все случаи разрушения и сильных колебаний, описанные нами, представляют собой различные случаи резонанса. Период движения конницы по мосту, т. е. время между двумя ударами ног, оказался как раз равным периоду собственных колебаний моста. Наступил резонанс, и мост был разрушен. На крейсере «Баян» период толчков от машины при скорости в 17 узлов как раз был равен периоду собственных колебаний корпуса. Крейсер на этой скорости не мог ходить. Если бы его все же заставили ходить при 17 узлах, он бы разрушился.

Теперь нам остается только отдать себе отчет, почему резонанс вызывает разрушение или, во всяком случае, сооружение работает неспокойно.

Представим себе качающийся маятник и положим, что легкими ударами молоточка мы стремимся раскачать его как можно сильнее. Спрашивается: когда надо ударять маятник? Если вы будете ударять маятник в направлении его движения тогда, когда он достигнет сво-'его крайнего верхнего положения, то, очевидно, ваши удары с каждым разом будут увеличивать размахи маятника. Но если вы будете ударять маятник всегда в одном и том же положении, то это означает, что время между ударами как раз равно времени качания маятника, его периоду. А если время между ударами, т. е. период вашей возмущающей силы, равно периоду маятника, то мы здесь столкнемся с явлением резонанса: маятник может сорваться.

В качестве еще одного примера возьмем обыкновенные качели. ■ Очевидно, вы только тогда сможете увеличить их размахи, если будете толкать качели всегда в одном положении. А чтобы этого достигнуть, необходимо, чтобы интервал между ' толчками, период их, был равен времени, в которое качели совершают одно полное качание, т. е. собственному периоду самих качелей.

Самое страшное в резонансе — это то, что сама по себе вынуждающая сила вовсе не должна быть велика. Даже небольшая сила может вызвать разрушение при резонансе. Если же резонанса нет, то та самая вынуждающая сила, которая принесла большой вред при резонансе, никаких опасных явлений не вызовет.

Что это именно так, легко видеть на примере тех же . качелей. Пусть ваша вынуждающая сила направлена по часовой стрелке, качели же движутся то по часовой стрелке, то против нее. Резонанс возникнет, если ваш толчок будет всегда приходиться на качели, дви

гающиеся по часовой стрелке. Каждый такой толчок будет помогать движению качелей, увеличивать их размахи. Если резонанса нет, то это значит, что часть толчков, несомненно, пришлась во время движения качелей против часовой стрелки, т. е. не совпала по ритму с собственными колебаниями качелей. А такие толчки будут тормозить движение качелей, уменьшая, а не увеличивая их размахи.

Еще один пример особенно наглядно показывает, что возникновение резонанса зависит не от величины вынуждающей силы, а от ее периода.

Для плавающих в море кораблей волны, ритмично бьющие в борт судна, представляют, конечно, вынуждающую силу. Если период этих волн близок или равен периоду собственных колебаний' корабля, то наступает резонанс. Он проявляется в страшной качке. корабля. Во время русско-японской войны, летом 1904 г., русские крейсеры «Громобой», «Рюрик» и «Россия» вышли в рейд в Тихий океан с заданием прервать японскую морскую торговлю. Это были огромные по тому времени корабли в 14 тыс. г водоизмещения. Каждый корабль весил почти миллион пудов. В Тихом океане они захватили английский пароход «Колхас», шедший с военными грузами в Японию. Пароход этот имел 6 тыс. т водоизмещения. Было сильное волнение, и русские-моряки с удивлением заметили, что в то время, как крейсеры валяло с боку на бок с креном в 28°, сравнительно маленький пароход прекрасно держался на волне. Он накренялся на 5—6°. Одна и та же возмущающая сила — волна — гораздо сильнее раскачивала значительно более тяжелые крейсеры и мало сказывалась на сравнительно легком пароходе. Тут, конечно, все дело в том и было, что период волн был равен периоду колебаний крейсеров и отличался от периода колебаний английского парохода.

Можно'ли избежать резонанса и что для этого надо делать?

Прежде всего необходимо уметь подсчитать период собственных колебаний сооружения и так подбирать вынуждающую силу, чтобы ее период никогда не был равен периоду собственных колебаний.

Лучше, воего так строить корабли, самолеты, машины и здания, чтобы никакой практически возможный период вынуждающей силы не совпадал с периодом собственных колебаний. Во всяком случае, если в данной установке резонанс есть, то нужно обязательно знать соответствующую ему критическую скорость, чтобы никогда на ней не работать.