ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΜΕ ΤΟ ΧΩΡΟ

Φαινόμενα γνωστά: Ταλάντωση, συχνότητα, συντονισμός και συγχρονισμός

Όπως θα έχει φανεί από την μέχρι τώρα γενική περιγραφή της σχέσης της ύλης με την ισότροπη ενεργειακή ροή του πεπερασμένου χώρου και από τη σχέση του κυκλικού χρόνου με την ύλη και το Σύμπαν, παρατηρούμε όλα τα γνωρίσματα εκείνα που στο χώρο της κλασικής φυσικής θεωρούνται κυματικές ιδιότητες και φαινόμενα ταλάντωσης και συγχρονισμού. Η κυκλική κίνηση με υψηλή ταχύτητα μπορεί να θεωρηθεί αμέσως και σαν ένα στάσιμο κύμα. Το ίδιο και η σταθερά παλλόμενη μεταβολή. Να θυμηθούμε λίγο από τη θεωρία της φυσικής.

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 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 το σώμα για να εκτελέσει μία ταλάντωση λέγεται περίοδος της ταλαντώσεως. Ένα φαινόμενο λέγεται περιοδικό, όταν επαναλαμβάνεται το ίδιο σε ίσα χρονικά διαστήματα. Οι ταλαντώσεις ανήκουν στα περιοδικά φαινόμενα. Συχνότητα είναι ο αριθμός που δείχνει πόσες φορές επαναλήφθηκε η ίδια κίνηση ή το ίδιο φαινόμενο στη μονάδα του χρόνου.

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. 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.

Από την ηλεκτροτεχνία: Όταν ένα κύκλωμα είναι συντονισμένο τότε μεταφέρεται μέγιστη πραγματική ισχύς από την πηγή στον ωμικό καταναλωτή του κυκλώματος. Στον ηλεκτρισμό, η ταλάντωση είναι διαδοχή ρευμάτων φόρτισης και εκφόρτισης, σε ένα κύκλωμα.

Ιδιοσυχνότητα είναι η συχνότητα με την οποία ταλαντώνεται ένας ταλαντωτής όταν κάνει ελεύθερη ταλάντωση και όταν οι αποσβέσεις είναι µηδενικές. Στη περίπτωση που υπάρχουν αποσβέσεις όπως συμβαίνει στις φθίνουσες ταλαντώσεις, τότε η περίοδος της ταλάντωσης Τ είναι λίγο μεγαλύτερη και συνεπώς η συχνότητα της ταλάντωσης f είναι λίγο μικρότερη από την ιδιοσυχνότητα και απλά ονομάζεται συχνότητα ελεύθερης ταλάντωσης. Για να έχει ο ταλαντωτής σταθερό πλάτος δηλ. σταθερή ολική ενέργεια θα πρέπει στο ταλαντωτή να προσφέρεται με κατάλληλο τρόπο ενέργεια συνεχώς και ο ρυθμός προσφοράς ενέργειας να είναι είναι ίσος με το ρυθμό που η ενέργεια του ταλαντωτή χάνεται. Στην περίπτωση αυτή, η ταλάντωση που θα προκύψει ονομάζεται εξαναγκασµένη ταλάντωση. Έτσι, όταν στο εκκρεμές ασκείται μια περιοδική εξωτερική δύναμη το σύστημα εξακολουθεί να ταλαντώνεται. Η απώλεια της ενέργειας συνήθως οφείλεται σε δυνάμεις οι οποίες αντιστέκονται στην κίνηση και στον τρόπο της περιοδικής μεταβολής. Στις μηχανικές κινήσεις και στις ταλαντώσεις υλικών σωμάτων, οι δυνάμεις αυτές που προκαλούν απώλεια της ενέργειας είναι οι τριβές.

Στην εξαναγκασµένη ταλάντωση όλη η κινητική ενέργεια του ταλαντωτή μετατρέπεται διαδοχικά σε δυναμική και αντιστρόφως; Όχι. Όλη η κινητική ενέργεια του ταλαντωτή μετατρέπεται διαδοχικά σε δυναμική και αντιστρόφως μόνο όταν η συχνότητα του διεγέρτη συμπίπτει με την ιδιοσυχνότητα του ταλαντωτή και όταν οι απώλειες ενέργειας είναι μηδενικές.