أنواع المذبذب التوافقي: رؤى وحقائق شاملة


انواع من هزاز توافقي يتم تصنيفها إلى عدة أنواع بناءً على قدرتها الوظيفية مع وجود حركة ذهابًا وإيابًا والتي عادةً ما يتم إزاحتها من موضع التوازن الذي يختبر قوة الاستعادة.

أنواع المذبذب التوافقي كما هو مذكور أدناه:

مذبذب توافقي بسيط

المذبذب التوافقي البسيط هو أحد أنواع المذبذب التوافقي. تُعرف الحركة الدورية ذهابًا وإيابًا من موضع التوازن أيضًا بالحركة التوافقية البسيطة.

تكون الحركة التي يمر بها نظام في مذبذب توافقي بسيط دورية. على سبيل المثال ، نحن نعتبر أن البندول المعلق من وضع التوازن يتحرك ذهابًا وإيابًا قبل أن يرتاح. تتناقص الحركة ذهابًا وإيابًا مع انخفاض في السعة.

في هذا النوع من الحركة التوافقية البسيطة ، تكون قوة الاستعادة ويتناسب الحجم مع مقدار تجربة الجسم للحركة مع بعضهما البعض عند استبداله من موضع التوازن. إن قوة الاستعادة التي تعمل على الجسم هي ببساطة القوة المستخدمة لإيقاف الاهتزاز.

أمثلة لفهم المذبذبات التوافقية البسيطة بشكل أفضل

البندول المتذبذب: البندول هو كتلة معلقة من دعامة ثابتة وصلبة. عند إعطاء دفعة ، يتعرض النظام لاهتزاز ذهابًا وإيابًا من موضع التوازن. هذا التذبذب دوري ويمر بحركة توافقية بسيطة.

عندما تعمل قوة الاستعادة على التذبذبات ، فإنها تتناقص مع انخفاض السعة وتوقفها. هذه يُعرف التذبذب باسم التوافقي البسيط اقتراح.

آخر مثال على التوافقي البسيط الحركة هي أرجوحة الحديقة التي نلاحظها في الحدائق. تظل هذه التقلبات في حالة سكون حتى تعمل القوة عليها لبدء الحركة. عندما يجلس عليها شخص ويبدأ في التأرجح ، تبدأ الحركة.

تتأرجح ، عند إعطائها دفعة خفيفة ، تنحرف عن وضع التوازن وتتحرك ذهابًا وإيابًا. هذه الحركة دورية ، وتحدث أيضًا اهتزازات توافقية بسيطة.

مذبذب توافقي مخفف

التخميد هو تقييد الاهتزازات والتذبذبات في نظام التوازن عن طريق تبديد الطاقة. مذبذبات التخميد هي تلك التي تقل فيها الاهتزازات بمرور الوقت.

في الدائرة التوافقية المثبطة ، تستمر التذبذبات على مدى فترة طويلة حتى وما لم يتم عمل قوة استعادة على نظام التوازن. قوة الاستعادة هذه هي أحد أسباب اضمحلال التذبذب بمرور الوقت.

تنقسم المذبذبات التوافقية التخميدية إلى ثلاثة أنواع وفقًا لعامل التخميد الخاص بها. يُقال أن النظام يعمل على التخميد الحرج عندما يكون عامل التخميد مساويًا لواحد. عندما يكون عامل التخميد أكثر من واحد ، فإنه يسمى التخميد الزائد أو التخميد العالي. يقال إن النظام يعاني من نقص التخميد إذا كان عامل التخميد أقل من واحد.

ترتبط صيغة التخميد بقانون نيوتن الثاني ، ووفقًا لها ، فإن الصيغة تسير على هذا النحو لأي مذبذب توافقي مخمد.

C2 - 4mk = مفرط التخميد

C2 - 4mk = مثبط بشكل خطير

C2 - 4mk = ناقص التخميد

عامل التخميد للمذبذب التوافقي المخمد هو أن الاهتزازات تعود إلى الصفر في أقصر فترة زمنية. يخضع النظام لحركة توافقية ؛ عند تطبيق قوة الاستعادة ، فإن التذبذبات تستقر في النهاية أو تعود إلى وضع التوازن في فترة زمنية أقل.

التذبذب التوافقي المخمد هو أحد أنواع المذبذب التوافقي. مثال ممتاز على التذبذبات المخففة هو الوزن المعلق في الربيع. عندما يتم تعليق الوزن ، فإنه ينتقل من وضع التوازن ذهابًا وإيابًا ويستريح في النهاية.

التذبذبات التوافقية هي السبب وراء عمل بعض الأنظمة بحركات ذهاب وإياب مناسبة. غالبًا ما لا نلاحظ الأحداث اليومية التي تحدث ، لكننا نرى التذبذبات التوافقية فيها.

المذبذب التوافقي الكمي

المذبذب التوافقي الكمي مماثل لمذبذبات التذبذب التقليدية. عادة ما يتم التعامل مع المذبذب التوافقي الكمومي بميكانيكا الكم. يختلف التكوين الداخلي للمذبذب التوافقي الكمومي عن المذبذب التوافقي الكلاسيكي.

نظرًا للاختلاف الداخلي لكل من المذبذب التوافقي الكمي والمذبذب التوافقي الكلاسيكي ، ستكون هناك تغييرات في وظائف أي نظام يأتي تحت أي من هذه المذبذبات.

يقوم المذبذب التوافقي الكمي بنمذجة الاهتزازات في أنظمة المستوى الجزئي. على سبيل المثال ، في البصريات الكمومية ، يكون تمثيل سلوك الاهتزازات في الجزيئات أو المستويات الجزيئية ، وحزم الموجة ممكنًا باستخدام المذبذبات التوافقية الكمومية.

في هذا المذبذب التوافقي الكمي للطاقة يُقال أن المستوى متباعد بشكل متساوٍ دون أن يكون مستمرًا.

الاختلافات في المذبذب التوافقي الكمي

تشبه الحركة في المذبذب التوافقي الكمومي الحركة في المذبذبات التوافقية الكلاسيكية مع بعض الاختلافات. يتم شرح التذبذب أو الاهتزاز في المذبذب التوافقي الكمومي بشكل أفضل باستخدام معادلة شرودنجر.

المذبذب التوافقي الكمي مماثل لمذبذبات التذبذب التقليدية. عادة ما يتم التعامل مع المذبذب التوافقي الكمومي بميكانيكا الكم. يختلف التكوين الداخلي للمذبذب التوافقي الكمومي عن المذبذب التوافقي الكلاسيكي.

نظرًا للاختلاف الداخلي لكل من المذبذب التوافقي الكمي والمذبذب التوافقي الكلاسيكي ، ستكون هناك تغييرات في وظائف أي نظام يأتي تحت أي من هذه المذبذبات.

يقوم المذبذب التوافقي الكمي بنمذجة الاهتزازات في أنظمة المستوى الجزئي. على سبيل المثال ، في البصريات الكمومية ، يكون تمثيل سلوك الاهتزازات في الجزيئات أو المستويات الجزيئية ، وحزم الموجة ممكنًا باستخدام المذبذبات التوافقية الكمومية.

في هذا المذبذب التوافقي الكمومي ، يُقال أن مستوى الطاقة متباعد بشكل متساوٍ دون أن يكون مستمرًا.

تشبه الحركة في المذبذب التوافقي الكمومي الحركة في المذبذبات التوافقية الكلاسيكية مع بعض الاختلافات. يتم شرح التذبذب أو الاهتزاز في المذبذب التوافقي الكمومي بشكل أفضل باستخدام معادلة شرودنجر.

الأسئلة المتكررة

ما فائدة المذبذبات التوافقية؟

تستخدم المذبذبات التوافقية في نظام لإفساد التذبذبات في النظام.

المذبذبات التوافقية في نظام ما دورية ، وتتناقص مع انخفاض السعة. تستمر الحركة للخلف وللأمام في النظام لفترة طويلة حتى يتم تطبيق قوة الاستعادة على النظام.

لماذا نستخدم المذبذب التوافقي؟

يتم استخدام المذبذب التوافقي بحيث يصل النظام إلى موضع التوازن في فترة وجيزة.

عندما يخضع النظام لحركة ، فإنه سوف يستقر عند تطبيق قوة ، وتعرف هذه القوة باسم قوة الاستعادة. سوف تستقر التذبذبات في النظام أو موضع التوازن بتناقص السعة.

اذكر الفرق بين الحركة التوافقية البسيطة والتذبذبات؟

الحركة التوافقية البسيطة هي فترة ، لكن التذبذبات تختلف.

في الحركة التوافقية البسيطة ، لم يتم ذكر قوة الاستعادة المؤثرة على النظام. في حالة التذبذبات ، لا يتم ذكر القوة التي تساعد في تحلل التذبذبات التي تسمى قوة الاستعادة بشكل عام.

كيف يتم شرح الحركة التوافقية؟

الحركة التوافقية هي حركة دورية ويتم شرحها باستخدام موجة جيبية.

اهتزازات النظام الاهتزازي تتلاشى مع انخفاض في السعة. تخضع التذبذبات لبعض التغيير أي أنها ستواجه قوة استعادة أو قوة سلبية. تعمل هذه القوة عكس الحركة التي يعمل بها النظام.

ومن ثم ، فإن قوة الاستعادة والإزاحة لجسم متذبذب تشكل موضع التوازن متناسبان. أحد أنواع المذبذب التوافقي وهو المذبذب التوافقي المخفف ويتم شرح ذلك باستخدام قانون نيوتن الثاني.

ما هو المذبذب الكهربائي؟

المذبذب الكهربائي هو الذي ينتج إشارات كهربائية في الدائرة التي تم تصنيعها فيها وعادة ما تكون هذه الإشارات عبارة عن موجة جيبية أو موجة مربعة.

مثال ممتاز للمذبذب الكهربائي هو الحركة التوافقية. هذا المذبذب الكهربائي يحول التيار المباشر إلى تيار متردد. ينتج أشكال موجية مستمرة بدون أي مدخلات. تعد الحركة التوافقية البسيطة أحد الأمثلة الرائعة على التذبذبات التوافقية.

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

كيرتانا سريكومار

مرحبًا ... أنا Keerthana Srikumar ، أتابع حاليًا درجة الدكتوراه. في الفيزياء ومجال تخصصي هو علم النانو. أكملت البكالوريوس والماجستير من كلية ستيلا ماريس وكلية لويولا على التوالي. لدي اهتمام كبير باستكشاف مهاراتي البحثية ولدي أيضًا القدرة على شرح موضوعات الفيزياء بطريقة أبسط. بصرف النظر عن الأكاديميين ، أحب قضاء وقتي في الموسيقى وقراءة الكتب. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/keerthana-s-91560920a/

آخر المقالات