Ταλάντωση

Ένα σύστημα μάζας-ελατηρίου που εκτελεί αμείωτες ταλαντώσεις

Στη Φυσική με τον όρο ταλάντωση χαρακτηρίζεται οποιαδήποτε παλινδρομική κίνηση γύρω από συγκεκριμένη θέση ισορροπίας.

Για παράδειγμα το εκκρεμές, όταν αιωρείται, εκτελεί ταλάντωση. Αυτό σημαίνει πως παλινδρομεί (πηγαινοέρχεται) γύρω από την ίδια συγκεκριμένη θέση. Συνεπώς ταλάντωση μπορεί να είναι και η περιοδική μεταβολή οποιουδήποτε μεγέθους π.χ. του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κύκλωμα ανάμεσα στη μέγιστη και ελάχιστη τιμή του.

Εν προκειμένω και με τον όρο δονήσεις χαρακτηρίζονται οι γρήγορες ταλαντώσεις μικρού όμως πλάτους.

Για παράδειγμα δονήσεις εκτελεί μια τεντωμένη χορδή όταν αφήνεται ελεύθερη.

Το απλούστερο μηχανικό σύστημα ταλάντωσης είναι μια μάζα συνδεδεμένη σε ένα ιδανικό ελατήριο που δεν εφαρμόζει πάνω του καμιά άλλη δύναμη (εκτός της θέσης ισορροπίας, το σύστημα αυτό είναι ισοδύναμο με κάποιο που εφαρμόζει πάνω του μια σταθερή δύναμη, όπως η δύναμη βαρύτητας). Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να προσομοιωθεί με προσέγγιση στον αέρα ή πάνω στον πάγο. Το σύστημα είναι σε θέση ισορροπίας όταν το ελατήριο είναι στο φυσικό του μήκος. Αν το σύστημα απομακρυνθεί από την θέση ισορροπίας του (δηλαδή το ελατήριο τεντωθεί ή συσπειρωθεί), τότε δρα μια δύναμη επαναφοράς στη μάζα που τείνει να την επαναφέρει στη θέση ισορροπίας. Όμως, κινούμενη η μάζα πίσω στη θέση ισορροπίας αποκτά ορμή, η οποία την κάνει να συνεχίσει να κινείται και πέρα από τη θέση ισορροπίας, και έτσι εμφανίζεται μια νέα δύναμη επαναφοράς που τείνει να επαναφέρει τη μάζα στη θέση ισορροπίας. Ο χρόνος που απαιτείται για να ολοκληρωθεί μια πλήρης ταλάντωσης ονομάζεται περίοδος της ταλάντωσης.

Φθίνουσες και εξαναγκασμένες ταλαντώσεις

Στα πραγματικά συστήματα, σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο υπάρχει μια συνεχής και αναπόφευκτη μετατροπή ενέργειας που απελευθερώνεται ως θερμότητα στο περιβάλλον. Ως εκ τούτου, όλες οι ταλαντώσεις τείνουν να φθίνουν με την πάροδο του χρόνου (φθίνουσες ταλαντώσεις), εκτός αν υπάρχει μια πηγή που προσφέρει ενέργεια στο σύστημα σε αξιοποιήσιμη μορφή. Επίσης σε ένα ταλαντούμενο σύστημα μπορεί να εφαρμόζει μια εξωτερική δύναμη (συχνά ημιτονοειδής), όπως όταν ένα σύστημα πηνίου-πυκνωτή συνδεθεί με μια εξωτερική πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι ταλαντώσεις αυτές ονομάζονται εξαναγκασμένες.

Ο αρμονικός ταλαντωτής και τα συστήματα τα οποία περιγράφει έχουν ένα απλό βαθμό ελευθερίας. Πιο πολύπλοκα συστήματα έχουν περισσότερους βαθμούς ελευθερίας, για παράδειγμα δύο μάζες και τρία ελατήρια (με κάθε μάζα πακτωμένη σε σταθερά σημεία και συνδεδεμένες μεταξύ τους). Σε τέτοιες περιπτώσεις, η συμπεριφορά κάθε μεταβλητής επηρεάζει τη συμπεριφορά της άλλης. Αυτό οδηγεί σε μια σύζευξη των ταλαντώσεων και των βαθμών ελευθερίας κάθε μίας. Για παράδειγμα δύο ρολόγια με εκκρεμή που τα έχουμε κρεμάσει στον ίδιο τοίχο τείνουν να συγχρονίζονται.

Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License