Proste oscilacije

Vibracijski procesi so eden najpogostejših pojavov v naravi. Njihove raziskave se ukvarjajo z različnimi vejami znanja, predvsem s fiziko. Da bi odgovorili na vprašanje, katere oscilacije imenujemo proste, je treba upoštevati, da je ta kategorija prva v študiji celotne raznolikosti vibracijskih pojavov, ki se pojavljajo v naravi.

Razlikujemo naslednje vrste, razvrščene glede na naslednje razloge.

S fizično naravo ločimo mehanske vibracije, elektromagnetne in mešane, ki združujejo značilnosti že imenovanih.

Z metodo toka v okoliških okoljih se razlikujejo naslednje oscilacije:

- prisiljeni, to je tisti, ki so povzročeni in se pojavljajo pod vplivom različnih vrst zunanjih motenj medijev, v katerih se pojavljajo. V tem primeru je treba upoštevati stanje periodičnosti teh motenj;

- svobodne vibracije, imenovane tudi intrinzične, ki se začnejo z notranjimi lastnosti sistema in za katere je značilno obvezno zmanjšanje, ko se delovanje notranje sile ustavi ali zmanjša;

- samosmilacije so tiste, za katere je značilna prisotnost nekega potenciala v sistemu (potencialna energija), ki zagotavlja izpolnjevanje nihanj. Glavna stvar je, da se prosta nihanja razlikujejo od samokislin, odvisnost amplitude pa ni odvisna od začetnega impulza začetne sile, temveč od lastnosti samega fizičnega sistema;

- parametrično - gre za oscilacije, ki nastanejo, ko je določen sistem namerno dodeljen vibracijskemu sistemu parametra, ki deluje kot manifestacija lastnosti zunanjega okolja;

- naključne nihanja so tiste, v katerih so dejavniki, ki vplivajo na oscilacijski proces, naključni, ne parametrični.

Če povzamemo te značilnosti, lahko sklepamo, da so v najbolj splošni obliki periodične spremembe v določenem sistemu glede na njegovo ravnovesno stanje z določeno periodičnostjo. Najbolj razširjena področja manifestacije oscilatornih procesov v naravi so mehanska pojavov, kemičnih, val in električni, astronomski, elektromagnetni in drugi. Skupna lastnost vseh, brez izjeme vrste nihanj, je, da so neposredno povezani s prehodom energije - transformacijo enega vrsta energije v drugi.

Kot smo že opozorili, je izhodišče v študiji narave nihajnih procesov preiskava takega tipa kot prosta nihanja. Njihove glavne značilnosti so naslednji parametri:

- amplituda (A) - največji odmik sistema iz ravnotežnega stanja (najpogosteje se uporablja povprečna vrednost);

- obdobje (T) je določeno časovno obdobje, v katerem je mogoče popraviti ponovitve stanja sistema;

- frekvenca prostih nihanj (f) - število nihanj, ki jih sistem naredi za določeno časovno enoto. Ta parameter se meri v hertzu (Hz).

Odnos teh parametrov odraža formulo, ki označuje svobodne nihanje kot pojav. Za različne nihalne sisteme so parametri v tej formuli vključeni v različne kombinacije, odvisno od tega, kateri sistem se obravnava.

Na primer, v najpreprostejšem oscilacijskem krogu sta čas in frekvenca povezani s formulo: f = 1 / T, iz katere je razvidno, da sta čas in frekvenca vzajemna.

Če upoštevamo prosta nihanja, ki se pojavljajo v takem sistemu kot statično fiksno vzmet z določeno elastičnostjo (k), potem se moramo obrniti na Newtonov drugi zakon. Ob upoštevanju tega je formula, ki odraža lastnosti obravnavanega nihalnega sistema, v obliki: F = -kx. To kaže, da če zanemarimo vrednosti tornih sil in domnevamo, da je masa konstantna, se tak sistem vedno oscilira z enakim obdobjem, tudi z različnimi amplitudami in začetnimi pogoji njihovega izvora.