การสั่นโดยธรรมชาติคือกระบวนการที่มีลักษณะเฉพาะที่สามารถทำซ้ำได้ ตัวอย่างเช่น สิ่งเหล่านี้รวมถึงการเคลื่อนไหวของลูกตุ้มนาฬิกา สายกีตาร์ ขาของส้อมเสียง การทำงานของหัวใจ
การสั่นของกลไก
โดยคำนึงถึงธรรมชาติทางกายภาพ การแกว่งตามธรรมชาติอาจเป็นทางกล แม่เหล็กไฟฟ้า ไฟฟ้าเครื่องกล มาดูขั้นตอนแรกกันดีกว่า การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติเกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีแรงเสียดทานเพิ่มเติม และไม่มีแรงภายนอก การเคลื่อนไหวดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะโดยอาศัยความถี่ตามลักษณะของระบบที่กำหนดเท่านั้น
กระบวนการฮาร์มอนิก
การแกว่งตามธรรมชาติเหล่านี้บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงในปริมาณการแกว่งตามกฎของโคไซน์ (ไซน์) ให้เราวิเคราะห์รูปแบบที่ง่ายที่สุดของระบบออสซิลเลเตอร์ ซึ่งประกอบด้วยลูกบอลที่ห้อยอยู่บนสปริง
ในกรณีนี้ แรงโน้มถ่วงจะปรับสมดุลความยืดหยุ่นของสปริง ตามกฎของฮุค มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างการยืดสปริงกับแรงที่กระทำต่อร่างกาย
คุณสมบัติแรงยืดหยุ่น
การสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรนั้นสัมพันธ์กับขนาดของผลกระทบต่อระบบ แรงยืดหยุ่นซึ่งเป็นสัดส่วนกับการกระจัดของลูกบอลจากตำแหน่งสมดุลนั้นมุ่งตรงไปยังสภาวะสมดุล การเคลื่อนที่ของลูกบอลภายใต้อิทธิพลสามารถอธิบายได้โดยกฎแห่งโคไซน์
ระยะเวลาการแกว่งตามธรรมชาติจะถูกกำหนดทางคณิตศาสตร์
ในกรณีของลูกตุ้มสปริง การพึ่งพาความแข็งแกร่ง ตลอดจนมวลของน้ำหนักบรรทุกจะถูกเปิดเผย ระยะเวลาของการแกว่งตามธรรมชาติในกรณีนี้สามารถคำนวณได้โดยสูตร
พลังงานที่การสั่นของฮาร์โมนิก
ค่าคงที่หากไม่มีแรงเสียดทาน
เมื่อเกิดการสั่นไหว พลังงานจลน์จะเปลี่ยนเป็นค่าศักย์ไฟฟ้าเป็นระยะๆ
สั่นสะเทือน
การสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของตัวเองอาจเกิดขึ้นได้เมื่อระบบไม่ได้รับผลกระทบจากแรงภายนอก ความเสียดทานมีส่วนทำให้เกิดการสั่นสะเทือน โดยสังเกตจากแอมพลิจูดที่ลดลง
ความถี่ของการแกว่งตามธรรมชาติในวงจรการแกว่งนั้นสัมพันธ์กับคุณสมบัติของระบบ เช่นเดียวกับความรุนแรงของการสูญเสีย
ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนที่เพิ่มขึ้น จะสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของระยะเวลาของการเคลื่อนที่แบบสั่น
อัตราส่วนของแอมพลิจูดที่คั่นด้วยช่วงเวลาเท่ากับหนึ่งคาบเป็นค่าคงที่คุณค่าตลอดกระบวนการ อัตราส่วนนี้เรียกว่าการลดแรงสั่นสะเทือน
การสั่นตามธรรมชาติในวงจรออสซิลเลเตอร์อธิบายโดยกฎของไซน์ (โคไซน์)
คาบการแกว่งเป็นปริมาณจินตภาพ การเคลื่อนไหวเป็นระยะ ระบบซึ่งถูกลบออกจากตำแหน่งสมดุลโดยไม่มีการสั่นเพิ่มเติม จะกลับสู่สถานะเดิม วิธีการนำระบบไปสู่สภาวะสมดุลถูกกำหนดโดยเงื่อนไขเริ่มต้น
เสียงสะท้อน
ระยะเวลาของการแกว่งตามธรรมชาติของวงจรถูกกำหนดโดยกฎฮาร์มอนิก การสั่นแบบบังคับจะปรากฏในระบบภายใต้การกระทำของแรงที่เปลี่ยนแปลงเป็นระยะ เมื่อรวบรวมสมการการเคลื่อนที่ พิจารณาว่านอกจากเอฟเฟกต์การบังคับแล้ว ยังมีแรงดังกล่าวที่กระทำระหว่างการสั่นสะเทือนอย่างอิสระ: ความต้านทานของตัวกลาง แรงกึ่งยืดหยุ่นได้
การสั่นพ้องเป็นการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของแอมพลิจูดของการสั่นแบบบังคับ เมื่อความถี่ของแรงขับเคลื่อนมีแนวโน้มที่ความถี่ตามธรรมชาติของร่างกาย การสั่นสะเทือนทั้งหมดที่เกิดขึ้นในกรณีนี้เรียกว่าการสั่นพ้อง
หากต้องการเปิดเผยความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดและแรงภายนอกสำหรับการสั่นแบบบังคับ คุณสามารถใช้การตั้งค่าทดลอง เมื่อหมุนที่จับข้อเหวี่ยงอย่างช้าๆ โหลดของสปริงจะเลื่อนขึ้นและลงในลักษณะเดียวกับจุดระงับ
การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรออสซิลเลเตอร์สามารถคำนวณได้และพารามิเตอร์ทางกายภาพอื่นๆระบบ
ในกรณีที่หมุนเร็วขึ้น การแกว่งจะเพิ่มขึ้น และเมื่อความถี่การหมุนเท่ากับความถี่ธรรมชาติ ก็จะถึงค่าแอมพลิจูดสูงสุด ด้วยความถี่ของการหมุนที่เพิ่มขึ้นในภายหลัง แอมพลิจูดของการแกว่งบังคับของโหลดที่วิเคราะห์จะลดลงอีกครั้ง
ลักษณะเสียงสะท้อน
ด้วยการขยับที่จับเล็กน้อย โหลดแทบไม่เปลี่ยนตำแหน่ง เหตุผลก็คือความเฉื่อยของลูกตุ้มสปริงซึ่งไม่สอดคล้องกับแรงภายนอก ดังนั้นจึงสังเกตได้เฉพาะ "กระวนกระวายใจ" เท่านั้น
ความถี่ธรรมชาติของการแกว่งในวงจรจะสอดคล้องกับแอมพลิจูดที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความถี่ของการกระทำภายนอก
กราฟของปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่าเส้นเรโซแนนซ์ นอกจากนี้ยังสามารถถือเป็นลูกตุ้มไส้ หากคุณแขวนลูกบอลขนาดใหญ่ไว้บนราง รวมทั้งลูกตุ้มน้ำหนักเบาจำนวนหนึ่งที่มีความยาวเกลียวต่างกัน
ลูกตุ้มแต่ละลูกมีความถี่การสั่นของตัวเอง ซึ่งสามารถกำหนดได้จากการเร่งความเร็วของการตกอย่างอิสระ ความยาวของเกลียว
ถ้าลูกบอลถูกดึงออกจากสมดุล ปล่อยลูกตุ้มเบาโดยไม่เคลื่อนไหว จากนั้นปล่อย การแกว่งของลูกบอลจะทำให้รางโค้งเป็นระยะ สิ่งนี้จะทำให้เกิดผลกระทบของแรงยืดหยุ่นที่เปลี่ยนแปลงเป็นระยะบนลูกตุ้มเบา ทำให้พวกเขาทำการแกว่งแบบบังคับ พวกมันทั้งหมดจะมีแอมพลิจูดเท่ากันซึ่งจะค่อยๆ สะท้อนออกมา
ปรากฏการณ์นี้ยังสามารถเห็นได้สำหรับเครื่องเมตรอนอมซึ่งฐานเชื่อมต่อกันด้ายกับแกนของลูกตุ้ม ในกรณีนี้ มันจะแกว่งด้วยแอมพลิจูดสูงสุด จากนั้นความถี่ของลูกตุ้ม "ดึง" สตริงจะสอดคล้องกับความถี่ของการแกว่งอิสระ
Resonance เกิดขึ้นเมื่อแรงภายนอกซึ่งกระทำการตามเวลาโดยปราศจากการสั่นสะท้าน ทำงานโดยมีค่าเป็นบวก สิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของแอมพลิจูดของการเคลื่อนที่แบบออสซิลเลเตอร์
นอกจากผลกระทบเชิงบวกแล้ว ปรากฏการณ์ของการสั่นพ้องมักทำหน้าที่ด้านลบ ตัวอย่างเช่น ถ้าลิ้นของกระดิ่งแกว่ง สิ่งสำคัญคือต้องสร้างเสียงโดยที่เชือกจะเคลื่อนไหวตามจังหวะการสั่นของลิ้นอย่างอิสระ
การประยุกต์ใช้เสียงสะท้อน
การทำงานของเครื่องวัดความถี่กกขึ้นอยู่กับการสั่นพ้อง อุปกรณ์ถูกนำเสนอในรูปแบบของแผ่นยางยืดที่มีความยาวต่างกัน โดยยึดไว้กับฐานทั่วไปอันเดียว
ในกรณีที่สัมผัสเครื่องวัดความถี่กับระบบออสซิลเลเตอร์ซึ่งจำเป็นต้องกำหนดความถี่ แผ่นนั้นซึ่งมีความถี่เท่ากับความถี่ที่วัดได้จะแกว่งด้วยแอมพลิจูดสูงสุด หลังจากป้อนแพลตตินั่มลงในเรโซแนนซ์แล้ว คุณสามารถคำนวณความถี่ของระบบสั่นได้
ในศตวรรษที่สิบแปดซึ่งอยู่ไม่ไกลจากเมืองอองเช่ของฝรั่งเศส กองทหารเคลื่อนขบวนไปตามสะพานลูกโซ่ซึ่งมีความยาว 102 เมตร ความถี่ของขั้นตอนของพวกเขามีค่าเท่ากับความถี่ของการสั่นสะเทือนอิสระของสะพานซึ่งทำให้เกิดเสียงสะท้อน ทำให้โซ่ขาด สะพานแขวนก็พัง
ในปี ค.ศ. 1906 สะพานอียิปต์ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กถูกทำลายด้วยเหตุเดียวกัน ซึ่งทำให้กองทหารม้าเคลื่อนตัว เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์อันไม่พึงประสงค์ดังกล่าวตอนนี้ด้วยข้ามสะพานหน่วยทหารไปอย่างอิสระ
ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า
พวกมันคือความแปรปรวนของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า
การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรเกิดขึ้นเมื่อนำระบบออกจากสมดุล เช่น เมื่อมีการจ่ายประจุไปยังตัวเก็บประจุ ขนาดของกระแสในวงจรจะเปลี่ยนไป
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าปรากฏในวงจรไฟฟ้าต่างๆ ในกรณีนี้ การเคลื่อนที่แบบแกว่งจะดำเนินการโดยความแรงของกระแส แรงดันไฟ ประจุ ความแรงของสนามไฟฟ้า การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และปริมาณไฟฟ้าไดนามิกอื่นๆ
พวกมันถือได้ว่าเป็นการสั่นแบบแดมเปอร์ เนื่องจากพลังงานที่ส่งไปยังระบบจะร้อนขึ้น
การสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบบังคับคือกระบวนการในวงจร ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของแรงเคลื่อนไฟฟ้าไซน์จากภายนอกเป็นระยะ
กระบวนการดังกล่าวได้รับการอธิบายโดยกฎหมายเดียวกันกับในกรณีของการสั่นสะเทือนทางกล แต่มีลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเป็นกรณีพิเศษของกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกำลัง แรงดันไฟ กระแสสลับ
วงจรออสซิลเลเตอร์
มันคือวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำที่ต่อเป็นอนุกรม ตัวเก็บประจุที่มีความจุที่แน่นอน ตัวต้านทานความต้านทาน
เมื่อวงจรออสซิลเลเตอร์อยู่ในสภาวะสมดุลที่เสถียร ตัวเก็บประจุจะไม่มีประจุและไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านคอยล์
คุณสมบัติหลักการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะสังเกตความถี่ของวัฏจักร ซึ่งเป็นอนุพันธ์อันดับสองของประจุเทียบกับเวลา เฟสของการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปริมาณฮาร์มอนิก อธิบายโดยกฎไซน์ (โคไซน์)
คาบในวงจรออสซิลเลเตอร์ถูกกำหนดโดยสูตรของทอมสัน ขึ้นอยู่กับความจุของตัวเก็บประจุ เช่นเดียวกับค่าความเหนี่ยวนำของคอยล์กับกระแส กระแสในวงจรจะเปลี่ยนตามกฎของไซน์ ดังนั้นคุณจึงสามารถกำหนดการเปลี่ยนเฟสของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้
กระแสสลับ
ในเฟรมที่หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ในสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอโดยมีค่าเหนี่ยวนำที่แน่นอน EMF ฮาร์มอนิกจะถูกกำหนด ตามกฎของฟาราเดย์สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า พวกมันถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งเป็นค่าไซน์
เมื่อแหล่ง EMF ภายนอกเชื่อมต่อกับวงจรออสซิลเลชัน การสั่นแบบบังคับจะเกิดขึ้นภายใน ซึ่งเกิดขึ้นด้วยความถี่แบบวน ώ ซึ่งมีค่าเท่ากับความถี่ของแหล่งกำเนิดเอง พวกมันคือการเคลื่อนไหวที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากเมื่อมีการประจุ ความต่างศักย์ปรากฏขึ้น กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจร และปริมาณทางกายภาพอื่นๆ สิ่งนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงฮาร์โมนิกของแรงดัน กระแส ซึ่งเรียกว่าปริมาณทางกายภาพที่เร้าใจ
ค่า 50 Hz นำมาเป็นความถี่อุตสาหกรรมของกระแสสลับ ในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อผ่านตัวนำไฟฟ้ากระแสสลับ ค่าพลังงานสูงสุดจะไม่ถูกใช้งาน เนื่องจากจะถึงในช่วงเวลาที่กำหนดเท่านั้น เพื่อวัตถุประสงค์ดังกล่าว สมัครกำลังเฉลี่ย ซึ่งเป็นอัตราส่วนของพลังงานทั้งหมดที่ไหลผ่านวงจรระหว่างช่วงเวลาที่วิเคราะห์ ต่อค่าของมัน
ค่าของกระแสสลับสอดคล้องกับค่าคงที่ ซึ่งปล่อยความร้อนในปริมาณเท่ากันตลอดระยะเวลาของกระแสสลับ
หม้อแปลง
นี่คืออุปกรณ์ที่เพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าโดยไม่สูญเสียพลังงานไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ การออกแบบนี้ประกอบด้วยแผ่นหลายแผ่นซึ่งมีการยึดขดลวดสองเส้นพร้อมขดลวด ตัวหลักเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟสลับ และตัวที่สองเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า สำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวอัตราส่วนการแปลงจะแตกต่างกัน สำหรับหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ จะน้อยกว่า 1 ตัว และสำหรับหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ มีแนวโน้มที่ 1.
การสั่นอัตโนมัติ
เหล่านี้เรียกว่าระบบที่ควบคุมการจ่ายพลังงานจากแหล่งภายนอกโดยอัตโนมัติ กระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้นถือเป็นการกระทำที่ไม่ต่อเนื่อง (การสั่นในตัวเอง) เป็นระยะ ระบบดังกล่าวรวมถึงเครื่องกำเนิดหลอดของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า กระดิ่ง นาฬิกา
นอกจากนี้ยังมีกรณีที่ร่างกายต่าง ๆ มีส่วนร่วมในการแกว่งไปในทิศทางที่แตกต่างกัน
หากคุณรวมการเคลื่อนไหวที่มีแอมพลิจูดเท่ากันเข้าด้วยกัน คุณจะได้รับการสั่นแบบฮาร์มอนิกที่มีแอมพลิจูดที่ใหญ่ขึ้น
ตามทฤษฎีบทฟูริเยร์ ชุดของระบบออสซิลเลเตอร์อย่างง่าย ซึ่งกระบวนการที่ซับซ้อนสามารถย่อยสลายได้ ถือเป็นสเปกตรัมฮาร์มอนิก มันระบุแอมพลิจูดและความถี่ของการแกว่งอย่างง่ายทั้งหมดที่รวมอยู่ในระบบดังกล่าว ส่วนใหญ่แล้ว สเปกตรัมจะสะท้อนออกมาในรูปแบบกราฟิก
ความถี่ถูกทำเครื่องหมายบนแกนนอน และแอมพลิจูดของการแกว่งดังกล่าวจะแสดงตามแกนพิกัด
การสั่นใดๆ: กลไก, แม่เหล็กไฟฟ้า, มีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณทางกายภาพบางอย่าง
อย่างแรกเลย พารามิเตอร์เหล่านี้รวมถึงแอมพลิจูด คาบ ความถี่ มีนิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับแต่ละพารามิเตอร์ ซึ่งช่วยให้คุณทำการคำนวณ คำนวณลักษณะที่ต้องการในเชิงปริมาณ
