Drgania

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Drganie obciążnika na sprężynie

Drgania (oscylacje) – procesy, w trakcie których pewne wielkości fizyczne na przemian rosną i maleją w czasie[1].

Przykłady drgań[edytuj | edytuj kod]

Szczególnymi rodzajami drgań rozpatrywanymi w fizyce są:

Powyższe rodzaje drgań można opisać identycznymi równaniami matematycznymi.

Klasyfikacja drgań[edytuj | edytuj kod]

Drgania klasyfikuje się niezależnie od rodzaju drgającego układu a ale na podstawie matematycznych własności funkcji opisujących drgania, albo na podstawie równań określających te funkcje[1]:

  1. Ze względu możliwość określenia przebiegu funkcji na podstawie jej wartości w pewnym momencie:
    • deterministyczne,
    • niedeterministyczne.
  2. Ze względu na cykliczność:
    • okresowe,
      • harmoniczne
    • nieokresowe,
      • prawie okresowe
  3. Ze względu na działanie sił zewnętrznych na układ drgający:
  4. Ze względu na to czy równania je opisujące są liniowe:
  5. Ze względu na występowanie tłumienia:
    • nietłumione (zachowawcze),
    • tłumione.
  6. Najmniejszą liczbę niezależnych funkcji umożliwiających opisanie procesu, zwaną liczbą stopni swobody:
    • o jednym stopniu swobody,
    • o wielu stopniach swobody,
    • o nieskończonej liczbie stopni swobody

Opis niektórych rodzajów drgań[edytuj | edytuj kod]

Drgania okresowe[edytuj | edytuj kod]

Drgania okresowe – powtarzają się w równych odstępach czasu.

Szczególnym przypadkiem jest ruch harmoniczny, powstający pod wpływem siły działającej przeciwnie do wychylenia ciała od położenia równowagi, o wartości proporcjonalnej do wychylenia. Wykres zależności położenia od czasu jest dla takiego ruchu sinusoidą. Ruch anharmoniczny zachodzi dla większych amplitud drgań układu, gdy siła przestaje być proporcjonalna do wychylenia, np. w drganiach wahadła matematycznego, czy drgań molekuł gazu o wysokiej temperaturze.

Drgania nieokresowe – powtarzają się w nierównych odstępach czasu. Szczególnym przypadkiem drgań są tu drgania prawie okresowe.

Drgania swobodne[edytuj | edytuj kod]

Drgania swobodne – występują, gdy na układ nie działa żadna zmienna siła zewnętrzna, która wpływa na proces drgań. Stała siła o niewielkiej wartości lub działająca w układzie liniowym nie wpływa na drgania ciała, jedynie przesuwa położenie równowagi. Układ taki jest zachowawczy, tzn. energia drgań nie zmienia się.

Drgania nieautonomiczne[edytuj | edytuj kod]

Drgania nieautonomiczne – występują, gdy na układ działa siła zewnętrzna mająca wpływ na drgania.

Drgania wymuszone – powstają pod wpływem siły zewnętrznej, okresowo zmiennej. Mogą prowadzić do wielkiego wzrostu amplitudy drgań, a nawet do zniszczenia układu, gdy częstotliwość siły wymuszającej jest bliska lub równa częstotliwości drgań własnych układu – powstaje tzw. rezonans drgań.

Drgania tłumione[edytuj | edytuj kod]

Drgania nieswobodne, tłumione – powstają np. pod wpływem sił tarcia (np. gdy siła jest proporcjonalna do prędkości ciała i przeciwnie skierowana) – wtedy energia drgań zmniejsza się, zamieniając się w energię cieplną; tłumienie drgań układu powstaje też, gdy oddziałuje on na inny układ, oddając mu część lub całość swojej energii, np. w zjawisku rezonansu. Np. W medycynie zjawisko rezonansu magnetycznego, polegające na wzbudzaniu stanów magnetycznych jąder atomowych za pomocą fali elektromagnetycznej stosuje się w ramach jednej z technik tomograficznych, zwanej obrazowaniem rezonansu magnetycznego.

Drgania samowzbudne[edytuj | edytuj kod]

Drgania samowzbudne powstają, gdy energia drgań rośnie lub jest podtrzymywana na stałym poziomie kosztem energii, dostarczanej do układu, pomimo występowania tłumienia.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b praca zbiorowa: Encyklopedia Fizyki. T. I. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1974, s. 381.

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]