Rezonans Nedir? | Bina Rezonansı Ve Etkileri

Rezonans Nedir?

“Rezonans“ kelimesi fizikte çok kullanılan kavramlardan biridir, dolayısıyla “Rezonans nedir?” sorusu çok sık sorulur. Bu kavramı açıklamak için, önce aşağıdaki terimlere eksiksiz hakim olmamız gerekir:

Periyot ve Frekans Kavramları

• Periyot

  – Bir tam dalganın oluşması için geçen süreye periyot denir. Periyot T harfi ile gösterilir.

• Frekans 

        – Birim zamanda oluşan dalga sayısına da frekans denir. Frekans f harfi ile gösterilir.

Rezonans Nedir?

Rezonans, bir sistemin bazı frekanslarda diğerlerine nazaran daha büyük genliklerde salınması eğilimidir. Rezonans, bir malzeme belirli bir frekansta yüksek bir genlikte salındığında meydana gelir.

Sözlükte Rezonans;

• “Uyarıcı frekansı sistemin doğal titreşim frekansı ile aynı veya neredeyse aynı olduğunda ortaya çıkan, harici bir uyarana tepki olarak anormal derecede büyük bir titreşimin üretildiği bir sistemin durumu.”

Fizikte Rezonans;

• “Rezonans, bir sistemin bazı frekanslarda diğerlerine nazaran daha büyük genliklerde salınması eğilimidir. Bunlar, o sistemin rezonans frekansları olarak adlandırılır. Bu frekanslarda küçük periyodik kuvvetler bile çok büyük genlikler üretebilir.”

Mühendislikte Rezonans;

• Rezonans mühendislikte teknik olarak; “genliğin sonsuza gitmesi” şeklinde açıklanır.

Rezonans Nedir? – Rezonans Neden Meydana Gelir?

Periyodik bir etkinin altında olan sistemde salınımlar olduğunu biliriz. Salınımlar esnasında sistemin normal durumuna göre yaptığı yer değiştirme miktarına genlik denir. Bu salınımlar eğer sistemin doğal frekansına eşit olursa, sistemin genliği sonsuza dek artma eğilimi gösterir; bu olaya rezonans denir.

Salınıma neden olabilecek etkiler çok çeşitli olabilir. Örnek vermek gerekirse; kesintili rüzgar etkisi altındaki bir köprü, deprem dalgaları nedeniyle oluşan salınım etkisi altındaki bir bina veya alternatif gerilim etkisi altındaki elektriksel bir sistem rezonansa uğrayabilir.

Doğrusal sistemlerin rezonansa girebilmesi için, salınım genliğinin, uygulanan kuvvetle doğru orantılı olması gerekir. Eğer uygulanan kuvvetin frekansı sistemin doğal frekansına eşitse rezonans gerçekleşir. Kesintili rüzgar etkisi altındaki bir köprüyü ele alacak olursak, rüzgarın ani ve değişken esmesinin neden olduğu titreşim ve salınımlar sonucunda köprünün doğal frekansı ile köprünün maruz kaldığı periyodik rüzgar frekansı birbirine eşitlenebilir.

Bunun neticesinde salınım genliği sonsuza gitmeye başlayacağından köprü rezonansa uğrayarak bir süre sonra yıkılacaktır. Bunun gerçek bir örneği 1940 yılında Washington’da yapılmış olan Tacoma köprüsünde yaşanmıştır. Bu köprü rüzgar etkisiyle rezonansa girerek yıkılmıştır.

Rezonans ile ilgili video

Deprem Esnasında Neden Bazı Binalar Yıkılırken Bazıları İse Ayakta Kalıyor?

Tüm binaların doğal bir periyodu veya rezonansı vardır; bu, binanın doğal olarak ileri geri titreşmesi için geçen saniye sayısıdır.

Ayrıca zeminin de belirli bir rezonans frekansı vardır. Sert kayalı zeminler daha yüksek frekanslara ve daha yumuşak çökeltilere sahiptir.

Yer hareketi periyodu ile bir binanın doğal rezonansı aynı olursa, yapı mümkün olan en büyük salınımlara maruz kalacak ve en büyük hasarı alacaktır.

Durumu Şöyle Bir Örnekle Açıklayalım:

Salıncakta sallanırken salınım hareketini takip edip doğru anda ayaklarımızı ve vücudumuzu ileri geri konumlandırarak hızlanırız. Bina rezonansı kavramını buna benzetebiliriz. Depremin etki yönüyle binanın salınım yönü aynı olduğu zaman bina daha çok ve daha hızlı harekete maruz kalacak ve muhtemelen önemli miktarda hasar alacaktır.

Misal olarak; bir bina 5 birimlik ivme kuvvetinden doğabilecek etkilere karşı dayanabilecek şekilde tasarlanmış olsun. Zeminin ve binanın frekansları ise 3 birim kuvvet olsun. Zemin ve binanın frekansları farklı zamanlarda yahut aynı zamanda farklı yönlerde olacağı için birbirini sönümleyecek veya bina en fazla 3 birim ivme ile karşılaşacak ve ayakta kalacak.

Fakat binanın ve zeminin frekanslarının aynı olması durumunda(rezonans) aynı anda iki ivme kuvveti birleşeceği için binaya 6 birim ivmelik bir kuvvet etki edecek ve binanın göçmesine sebebiyet verecektir.

Yapılarda Rezonans Nasıl Engellenir? Ne Tür Önlemler Alınabilir?

Depremlerde de binaların yıkılmasına neden olan en önemli olaylardan biri rezonans olayıdır. Salınımlar binanın doğal frekansına eşit olduğunda, bina artan genliğe ve bunun neden olduğu gerilime dayanamayarak yıkılır. Rezonansa uğrayan bir nesnenin zarar görmemesi mümkün değildir. Fakat nesnenin rezonansa girmesi alınacak önlemlerle engellenebilir.

Bu önlem yapının salınımlarıyla titreşimi sönümleyebilmesidir. Günümüzde inşa edilen mimari yapılarda, 9 büyüklüğüne varan oranlarda depreme dayanıklı esneklik toleransı uygulanabiliyor.

Bu sayede binalar 9 büyüklüğüne kadar depremin neden olduğu salınımları sönümleyerek, yapının doğal frekansıyla titreşim frekansının eşitlenmesi engelleniyor. Özellikle Japonya’da binalar 9 büyüklüğüne dayanıklı inşa edilir çünkü bu bölgede çok büyük ve aktif fay hatları yer aldığından sık sık depremler yaşanır.

Depremde sadece binalar değil, zemin de rezonansa girebilir. Örneğin, ıslak toprak bir zeminde, depremin yol açtığı periyodik kuvvetler altında kum tanecikleri birbirleri üzerinden kayarak ara boşluklara yerleşebilir.

Bu durumda zemin ara boşlukları daha az olan bir kum yığınına dönüşür ve boşlukları dolduran suyun bir kısmı yukarı çıkıp kum yığınının üzerini kaplar. Eğer böyle bir zemine oturmuş binalar varsa, öne-arkaya yatabilir veya bütünüyle kayabilirler. Bazı durumlarda bina depreme dayanıklı olsa dahi, zeminin rezonansa uğrayıp kayması sonucu yıkılabilir.

Bir sonraki yazımızda buluşmak dileğiyle…

Esen Kalın.

Daha fazla içerik, Daha fazla bilgi!