|
Φαινόμενα γνωστά: Ταλάντωση,
συχνότητα, συντονισμός και συγχρονισμός
Η μεταβολή της κίνησης
γύρω από ένα κέντρο ή γύρω από το σημείο ισορροπίας, η
παλινδρομική κίνηση, με την τάση να επανέλθει στην κατάσταση
ισορροπίας λέγεται ταλάντωση. Όταν το πλάτος (=απόκλιση
από τη θέση ισορροπίας) παραμένει σταθερό, η ταλάντωση λέγεται
αμείωτη. Όταν το πλάτος της ελαττώνεται με την πάροδο του
χρόνου (απόσβεση), τότε η ταλάντωση λέγεται φθίνουσα. Ο
χρόνος που χρειάζεται ένα σώμα για να εκτελέσει μία ταλάντωση
λέγεται περίοδος της ταλαντώσεως. Ένα φαινόμενο λέγεται
περιοδικό, όταν επαναλαμβάνεται το ίδιο σε ίσα χρονικά
διαστήματα. Συχνότητα είναι ο αριθμός που δείχνει πόσες
φορές επαναλήφθηκε η ίδια κίνηση ή το ίδιο φαινόμενο σε μια
μονάδα χρόνου ή ειδικότερα πόσες φορές επαναλαμβάνεται μια
απόκλιση γύρω από την κατάσταση ισορροπίας.
Όταν απομακρύνουμε ένα σώμα από τη θέση ισορροπίας του (λ.χ.
μία χορδή) τότε αυτό αποκτά δυναμική ενέργεια και την τάση να
επανέρθει στην αρχική θέση. Από την ενέργεια αυτή μπορεί να
εκτελεί ταλάντωση. Όταν συνεχίσει να εκτελεί ταλάντωση αφού
δοθεί μόνο μία φορά ενέργεια, τότε η ταλάντωση ονομάζεται
ελεύθερη. Σε αυτή την περίπτωση, η συχνότητα με την οποία
γίνεται η περιοδική μεταβολή του αντικειμένου, εξαρτάται μόνο
από την κατασκευή και τον τρόπο σύνδεσης του αντικειμένου και
ονομάζεται ιδιοσυχνότητα. Η
ιδιοσυχνότητα είναι σταθερή όσο είναι σταθερό και το
σύστημα και όταν οι αποσβέσεις είναι μηδενικές. Όταν η ταλάντωση
οφείλεται στην εξωτερική δύναμη που ασκείται περιοδικά τότε
λέγεται εξαναγκασμένη ταλάντωση. Ο εξωτερικός δότης της
ενέργειας λέγεται διεγέρτης.
Όταν εκτελείται εξαναγκασμένη ταλάντωση τότε ο ρυθμός της
ταλάντωσης καθορίζεται από τη συχνότητα του διεγέρτη.
Όταν η συχνότητα του διεγέρτη (ο ρυθμός που μεταβιβάζεται η
ενέργεια) γίνει ακριβώς ίση με την ιδιοσυχνότητα του
ταλαντούμενου αντικειμένου, τότε το πλάτος της ταλάντωσης
γίνεται μέγιστο και το φαινόμενο αυτό λέγεται συντονισμός.
Στο φαινόμενο του συντονισμού,
το πλάτος της ταλάντωσης
γίνεται μέγιστο, υπό την προϋπόθεση ότι η απώλεια ενέργειας
(απόσβεση) είναι αμελητέα και η συχνότητα της ταλάντωσης είναι η
συχνότητα του διεγέρτη. Κατά το συντονισμό έχουμε μέγιστη
μεταφορά ενέργειας από τον διεγέρτη στο σύστημα και η
μεταβίβαση της ενέργειας ή η εφαρμογή της δύναμης γίνεται στα
κατάλληλα χρονικά διαστήματα, που η ενέργεια μπορεί να
μεταβιβαστεί ή η δύναμη να εφαρμοστεί.
Αν δεν υπάρχουν αποσβεστικές δυνάμεις (απώλειες), τότε το πλάτος
της ταλάντωσης θεωρητικά μπορεί να γίνει άπειρο. Αν η προσφορά
ενέργειας είναι μεγαλύτερη από αυτή με την οποία διατηρείται το
σύστημα του ταλαντωτή, τότε υπάρχει κίνδυνος καταστροφής του
συστήματος.
Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που εκπέμπουν και λαμβάνουν
ηλεκτρομαγνητικά σήματα περιλαμβάνουν ταλαντωτές και κυκλώματα
συντονισμού και όταν χρειάζεται μπορούμε να μεταβάλλουμε την
ιδιοσυχνότητά τους. Όταν επιλέγουμε ένα ραδιοφωνικό ή
τηλεοπτικό σταθμό, ρυθμίζουμε ορισμένα κυκλώματα ταλάντωσης
(ηλεκτρικού φορτίου) για να συντονιστούν στην ίδια συχνότητα με
το σήμα, που εκπέμπεται από το σταθμό με τη μορφή
ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Έτσι λαμβάνουμε το σήμα ενισχυμένο
από την κεραία λήψης, μεταξύ των πολλών ηλεκτρομαγνητικών
σημάτων που στην κυριολεξία πλημμυρίζουν γύρω μας.
Από την ηλεκτροτεχνία: Στον ηλεκτρισμό, η ταλάντωση
είναι διαδοχή ρευμάτων φόρτισης και εκφόρτισης, σε ένα κύκλωμα
και αυτή η διαδοχή μπορεί να γίνεται με σταθερό ρυθμό ή
εναλλασσόμενα. Όταν ένα κύκλωμα είναι συντονισμένο τότε
μεταφέρεται μέγιστη πραγματική ισχύς από την πηγή στον ωμικό
καταναλωτή του κυκλώματος.
<•> Εξ
αυτού του "κυκλικού", ρυθμικού και περιοδικού τρόπου διατήρησης
και δημιουργίας της ύλης εμπλέκεται ο αριθμός π του κύκλου (στη
μεταβίβαση και στην κυματική μεταβολή της ενέργειας) και πολλοί
αριθμοί που εμφανίζονται σε τριγωνομετρικές σχέσεις του
κυκλικού γεωμετρικού σχήματος, όπως √2, √0,5, 90º, πολλαπλάσια ή
υποπολλαπλάσια τους, ημίτονα, συνημίτονα και λοιπές
τριγωνομετρικές σχέσεις.
|
|