نوسان به عنوان فرایند تکرار تغییرات هر کمیت یا اندازه گیری در مورد مقدار تعادلی خود در زمان تعریف می شود. نوسان همچنین می تواند به عنوان یک تغییر دوره ای از یک ماده بین دو مقدار یا در مورد مقدار مرکزی تعریف شود.
اصطلاح ارتعاش برای توصیف نوسانات مکانیکی یک جسم استفاده می شود. با این حال نوسانات در سیستم های دینامیکی یا به طور دقیق تر در هر زمینه علمی نیز رخ می دهد. حتی ضربان قلب ما نوسانات ایجاد می کند. در ضمن اجسامی که حول یک نقطه تعادل حرکت نشان می دهند به عنوان اسیلاتورهای شناخته می شوند.
نمونه هایی از نوسانات
متداول ترین نمونه ها برای نوسان جزر و مد در دریا و حرکت یک پاندول ساده در ساعت است. مثال دیگر نوسان حرکت فنر است. لرزش سیم ها در گیتار و سایر سازهای زهی نیز نمونه هایی از نوسانات است.
پاندول به جلو و عقب حرکت می کند و از این رو حرکتی نوسانی ایجاد می کند. نوسانات مکانیکی ارتعاشات نامیده می شود. یک ذره در حال ارتعاش به این معنی است که بین دو نقطه در مورد نقطه مرکزی خود نوسان می کند.
به همین ترتیب حرکت بهار نیز نوسان است. فنر به طور مکرر به سمت پایین و سپس به سمت بالا حرکت می کند و از این رو حرکتی نوسانی ایجاد می کند.
موج سینوسی نمونه کاملی از نوسان است. در اینجا موج بین دو نقطه در مورد یک مقدار مرکزی حرکت می کند. ارتفاع یا حداکثر فاصله ای که نوسان اتفاق می افتد دامنه و زمان صرف شده برای تکمیل یک چرخه کامل را دوره زمانی نوسان می نامند. فرکانس تعداد چرخه های کاملی است که در یک ثانیه رخ می دهد. فرکانس متقابل دوره زمانی است.
جایی که اف فرکانس نوسان است
و تی دوره زمانی نوسان است.
حرکت نوسان
به زبان ساده می توان گفت که وقتی یک جسم در یک سیستم مکانیکی از یک طرف به طرف دیگر می چرخد می توان این حرکت را حرکت نوسانی نامید. در این نوع حرکت معمولا انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تغییر می کند. یک حرکت نوسان از یک چرخه کامل تشکیل شده است.
انواع نوسان
در اینجا ما به انواع مختلف نوسانات نگاه خواهیم کرد.
نوسانات میرایی
میرایی روند مهار یا کنترل حرکت نوسانی مانند ارتعاشات مکانیکی با اتلاف انرژی. نوسان بدون میرایی باقی می ماند زمانی که یک نیروی بازگرداندن به ضابط برای برابر است ناشی از و از این رو سیستم با همان انرژی نوسان. هنگامی که نیروی بازگرداندن اعمال نمی شود نوسان ناگهان متوقف می شود. و هنگامی که نیروی بازگرداندن اعمال کمتر از نیروی مهار است, میرایی معرفی شده است.
نوسانات میرایی با توجه به تفاوت انرژی بین نیروی بازیابی اعمال شده و نیروی مهار کننده طبقه بندی می شوند. نوسان میرایی نوسانی است که با توجه به زمان محو می شود. این نوساناتی است که با گذشت زمان از نظر اندازه کاهش می یابد.
همچنین بخوانید: حرکت موج
یک سیستم نوسان مطلوب یک نوسان میرایی نیست. در حالت مطلوب مقدار نوسانات با گذشت زمان کاهش نمی یابد و دامنه ثابت می ماند. فرض کنید یک کودک در حال چرخش است مگر اینکه نوسان توسط کودک دیگری یا هر نیروی خارجی پمپ شود حرکت نوسان محو می شود و به تدریج نوسان متوقف می شود. این روند به دلیل میرایی نوسان است.
Absor کمک فنرها در وسایل نقلیه نمونه هایی از دستگاه های میرایی هستند که لرزش خودرو را کاهش می دهند.
تصویری که نوسان میرایی را نشان می دهد در زیر نشان داده شده است;
در شکل بالا دامنه موج با گذشت زمان کاهش می یابد. دامنه موج کاهش می یابد و به چنین نوساناتی نوسان میرایی گفته می شود.
انواع مختلف نوسانات میرایی
نوسانات میرایی را می توان عمدتا به سه نوع طبقه بندی کرد
- تحت نوسانات میرایی: ثابت میرایی
- نوسانات بسیار میرایی: ثابت میرایی = 1
- Over damped oscillations: Damping constant >1
نموداری که سیستم میرایی مختلف را نشان می دهد در بالا نشان داده شده است و سه نوع سیستم میرایی در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
تحت نوسانات میرایی
نوسان کمرنگ سریعتر به مقدار صفر یا نقطه تعادل می رسد اما نوسانات در سراسر نقطه تعادل یک یا چند بار رخ می دهد. در نوسانات کم میرایی ثابت میرایی کمتر از یک است.
در نوسانات کمرنگ نوسان بسیار کند پایدار می شود. نوسانات تحت میرایی در مقایسه با سایر سیستم های میرایی کمترین اتلاف انرژی را دارند.
نوسانات بسیار میرایی
میرایی بحرانی میرایی است که میرایی نوسان باعث می شود سریع به نقطه تعادل خود برگردد و هیچ نوسانی در مورد این نقطه ایجاد نمی کند. میرایی بحرانی میرایی است که ثابت میرایی برابر با یک است.
میرایی بحرانی میرایی دقیق مورد نیاز برای یک سیستم است. در میرایی بحرانی میرایی اعمال شده به گونهای است که نیروی موجود فقط کافی است تا نوسان را بدون حرکت بیشتر به جلو و عقب (نوسانات) به تعادل برساند.
نوسانات بیش از حد میرایی
میرایی که نوسانات به کندی به نقطه تعادل می رسند و هیچ نوسانی در سراسر نقطه تعادل ایجاد نمی کنند نوسانات بیش از حد نامیده می شود. در نوسانات بیش از حد میرایی ثابت میرایی بیشتر از یک است. نوسانات بیش از حد میرایی در مقایسه با سایر سیستم های میرایی اتلاف انرژی بالاتری دارند.
در نوسانات بیش از حد میرایی اعمال شده بیشتر از مقدار مورد نیاز میرایی است تا نوسانات به نقطه استراحت یا تعادل برسند و از این رو نوسانات در مقایسه با سایر روشهای میرایی بسیار کند به نقطه تعادل می رسند. در این سیستم هیچ حرکتی بیشتر به عقب و جلو در سراسر نقطه تعادل رخ نخواهد داد.
نوسانات بدون تغییر
نوسان بدون میرایی نوسانی است که وقتی از نقطه تعادل خود جابجا می شود نیروی بازگردانی متناسب با جابجایی را تجربه می کند. بنابراین در سیستم نوسانات بدون میرایی اندازه نوسانات هرگز محو نمیشود و بزرگی نوسانات ثابت میماند. نمونه ای از نوسان بدون میرایی جریان متناوب است (موج متناوب)
مقدار جریان متناوب بین دو مقدار در مقدار تعادلی به طور مکرر و بدون تغییر در اندازه یا دوره زمانی نوسان می کند. در جریانهای متناوب هیچ نیروی مهار کننده ای عمل نمی کند و بزرگی سیگنال با توجه به زمان محو نمی شود و دامنه یکسانی را حفظ می کند.
سوالات متداول در مورد نوسانات
سه نوع از نوسانات چیست?
نوسان رایگان نوسان میرایی نوسان اجباری
نوسان رایگان است?
هنگامی که بدن با فرکانس خود بدون هیچ گونه نفوذ خارجی نوسان می کند نوسان رایگان نامیده می شود.
نوسانات اجباری چیست?
بدنه ای که با فرکانس طبیعی ارتعاش می کند با فرکانس نیروی دوره ای اعمال شده به دلیل وجود نیروی خارجی شروع به ارتعاش می کند نوسانات اجباری نامیده می شود.
یک حرکت نوسانی است?
حرکتی که تکرار می شود حرکت نوسانی یا دوره ای نامیده می شود.
تست دانش خود را در نوسان!
درک خود را از این مفهوم با پاسخ دادن به چند مک کیو تست کنید. کلیک کنید 'شروع مسابقه' برای شروع!
پاسخ صحیح را انتخاب کنید و بر روی دکمه "پایان" کلیک کنید نمره و پاسخ های خود را در پایان مسابقه بررسی کنید
