أمثلة على المذبذب التوافقي: رؤى وحقائق شاملة

تتضمن أمثلة المذبذب التوافقي حتى الأمثلة الميكانيكية ؛ يتضمن بعضها أمثلة ونظامًا كهربائيًا ينفذ حركة توافقية بسيطة.

المذكورة علاوة على ذلك هي قليلة هزاز توافقي أمثلة:

رقاص الساعة

البندول هو وزن معلق من نقطة المحور لتدفقه الحر يتأرجح بشكل جانبي. عندما يحل هذا البندول محل توازنه ، فإنه يبدأ في التأرجح بشكل جانبي ذهابًا وإيابًا. التذبذب منتظم وفي حركة توافقية بسيطة.

أي نظام يعمل بحركة توافقية بسيطة يأتي تحت مذبذب توافقي. بسيط المذبذب التوافقي هو نوع من المذبذب التوافقي. يقال إن النظام يخضع للتذبذب التوافقي البسيط عندما تكون قوة الاستعادة متناسبة مع الإزاحة.

في البندول ، تلعب قوة الاستعادة دورًا حيويًا. يُطلق على البندول أحيانًا اسم البندول بوب. الآن عندما يتم إزاحة البوب ​​من موضع توازنه ، فإنه يتأرجح ذهابًا وإيابًا بشكل متناغم.

تعمل القوة المستعادة على البندول بحيث يتناقص تأرجح البندول ببطء ويقل السعة. نقطة أخرى مهمة يجب تذكرها هي أن قانون هوك ينسب إلى ذلك ذبذبة البندول.

مضخم الصوت

مضخم الصوت هو جهاز تم إنشاؤه لإنتاج تردد منخفض. لها ترددات صوتية منخفضة. يقال إن الغشاء الموجود في مضخم الصوت يصنع توافقيًا الاهتزازات عندما يقدم مضخم الصوت ترددًا صوتيًا منخفضًا.

مضخم الصوت هو جهاز يأتي تحت مذبذب مدفوع. يتأرجح الغشاء الموجود في مضخم الصوت بسعة ثابتة مما ينتج عنه تذبذب توافقي في العملية. لذلك هذا مثال ممتاز لمذبذب توافقي.

يوجد داخل مضخم الصوت مخروط السائق ، والذي يهتز عندما يضخم التيار الكهربائي إلى صوت. هذا الصوت ليس سوى نتيجة التذبذب التوافقي ذهابًا وإيابًا. والصوت هو التردد الأساسي المنخفض مع نغمة منخفضة.

نحن نعلم كيفية إعداد مضخم الصوت وكيف يعمل ، ولكننا نعلم أيضًا بحاجة إلى معرفة وجود مخروط السائق. مخروط السائق هو الجزء الميكانيكي لأي نظام مكبر صوت. هذه يحول الطاقة الكهربائية في الصوت عن طريق خلق مساحة هوائية في الداخل. وهذا يعطي تذبذبات توافقية.

حلبة RLC

في دارة RLC ، يعطي إدخال المقاوم التذبذب التوافقي كما تفعل تركيبة LC. يقلل هذا المقاوم من التذبذبات في الدائرة ، وبالتالي ينتج ترددًا أساسيًا منخفضًا ويقلل ذروة تردد الطنين.

يقلل المقاوم المضاف في دائرة RLC من التذبذبات التوافقية. وهذا ما يعرف باسم التخميد. التخميد هو الذي يقلل من التذبذبات ويسمح لها بالتحلل. لذلك لكي تعمل دائرة RLC بشكل مناسب كمذبذب توافقي ، يجب إضافة المقاوم على التوازي والمتسلسل.

لذلك ، يجب إضافة المقاوم الموازي بهذه الطريقة بحيث لا تتحلل التذبذبات. ويجب إضافة المقاوم المتسلسل صغيرًا بحيث تكون المقاومة في الدوائر صغيرة قدر الإمكان ، وبالتالي لا يؤثر التخميد على التذبذبات.

من خلال تغيير المقاومة وفقًا أو بشكل مكافئ عن طريق تحديد عامل التخميد عن طريق تغيير المقاومة في الدائرة ، يمكن طرح مشكلات مثل فقدان العزل الكهربائي في الملفات والمكثفات وحلها.

بشكل أساسي ، في مذبذب RLC ، يتم تشغيل نوعين من المذبذبات ، المذبذب الميكانيكي والمذبذب الكهربائي. تتمثل إحدى السمات الرئيسية لدائرة RLC في أنها تتحلل حتى أثناء التذبذبات. يوفر المذبذب المدفوع إشارة جيبية من خلال التذبذبات التوافقية التي تؤدي إلى موجة جيبية بدلاً من موجة مربعة.

نظام كتلة الربيع

الربيع الشامل هو النظام الذي يتم فيه تعليق كتلتين أخريين من دعامة صلبة. ويتم تقييم اهتزازات الكتلة من موضع توازنها ذهابًا وإيابًا.

على سبيل المثال ، دعونا نفكر في نبعين لهما كتلتان ، كل منهما معلق من الدعامة الصلبة. سيكون ثابت الربيع لكلا الينابيع هو نفسه ، لكن قد تختلف الكتلة. عندما يتم تعليق كتلة وزن أخف من كتلة أخرى تزن أكثر ، تختلف فترة التذبذبات.

ستتأرجح الكتلة الأصغر بشكل متناغم أقل من الكتلة الأكبر من الكتلة الأقل تعليقًا. يمكن تفسير تكوين الجماهير من خلال الإحداثيات العامة للنظامين.

يتم ذلك من خلال النظر في مدى تأرجح الأنظمة من موضع توازنها ذهابًا وإيابًا ، ثم تستقر أخيرًا بسبب قوة الاستعادة التي تعمل عليها بشكل طبيعي.

يستخدم نظام الزنبرك الكتلي بشكل عام في المعدات حيث يتم فصل الجزء الاهتزازي عن العنصر الداعم. على سبيل المثال ، في نظام سقف خفيف الوزن ، يتم وضع مفهوم الزنبرك الكتلي هذا لفصله عن أي معدات عالية الصوت تتعرض للاهتزازات العالية.

بنجي القفز

القفز بالحبال هو مثال ممتاز للتذبذب التوافقي. أيضا ، هذا يعرض التذبذبات التوافقية البسيطة بطريقة أفضل. تشرح التذبذبات لأعلى ولأسفل لسلك البنجي من موضع توازنه بوضوح التذبذبات التوافقية البسيطة الموجودة في النظام.

المفهوم الأساسي للتذبذب التوافقي في القفز بالحبال هو أن التذبذب يحدث بعد السقوط الحر للقفز. يتم ربط العبور بحبل البنجي ، والذي يتحرك لأعلى ولأسفل من وضع التوازن. الوزن المراد تعليقه في الحبل يتناسب مع طول السلك. بهذه الطريقة يُطاع قانون هوك (F = kx).

يختبر العبور السقوط الحر ، وبعد ذلك يبدأ التذبذب التوافقي. يتحرك العبور لأعلى ولأسفل ، وهو ما يحدث عندما يتأرجح الحبل البنجي للأمام والخلف من وضع التوازن.

الحاضنة

يعرض المهد البسيط الحركة المتناسقة في اللعب. دفعة واحدة تُعطى للمهد تجعله يتأرجح ذهابًا وإيابًا من موضع توازنه.

عندما يتم إعطاء المهد دفعة طفيفة ، فإنه يتأرجح من وضع التوازن ذهابًا وإيابًا. ويتوقف هذا عندما تنخفض الاهتزازات ، مما يجعل السعة أصغر. حركة جيئة وذهابا هي فترة ويقال أن لها اهتزازات توافقية بسيطة.

الإدراك السمعي

يُعرف الإدراك السمعي أيضًا باسم حاسة السمع عند البشر. يتم تنفيذ هذه العملية عندما موجات الصوت تدخل طبلة الأذن مسببة اهتزازات ذهابا وإيابا ، وأخيرا ، تسمع أذن الإنسان الصوت.

تنتقل الموجات الصوتية عبر غشاء قناة الأذن ، وتتأرجح ذهابًا وإيابًا للداخل الحركة الدورية. وهذا ما يسمى بالحركة التوافقية البسيطة (التذبذب). تتأرجح كلتا طبلة الأذن ذهابًا وإيابًا لمدة أربع دورات وترتبط بحركة العينين. 

هذه الأمثلة المذكورة أعلاه تساعدنا على فهم مفهوم التذبذبات التوافقية بطريقة أفضل.

*************************

انتقل إلى الأعلى