drgania

drgania,

fiz. okresowe lub prawie okresowe zmiany stanu układu fiz. (np. wahadła, struny, obwodu elektr.), zachodzące dokoła pewnego położenia równowagi pod wpływem dostarczonej do układu energii.

Czas potrzebny do wykonania jednego cyklu drgań nazywa się okresem drgań. Ze względu na rodzaj układu drgającego najczęściej wyróżnia się drgania mechaniczne (okresowe zmiany prędkości i położeń ciał w rozpatrywanym układzie) i drgania elektryczne (okresowe lub prawie okresowe zmiany napięcia i natężenia prądu elektr. w obwodzie elektr.). Spośród drgań okresowych największą rolę odgrywają drgania proste, czyli harmoniczne (sinusoidalne), podczas których pewna wielkość fiz. A charakteryzująca drgania zmienia się w czasie t wg wzoru: A = A₀ sin (ωt + φ₀), gdzie A₀ — amplituda, ω — częstość kątowa, φ₀ — faza początkowa. Przykładem drgań harmonicznych jest ruch wahadła mat. przy niewielkich wychyleniach od położenia równowagi. W przypadku układów mech. o jednym stopniu swobody drgania harmoniczne zachodzą wtedy, gdy siła działająca na punkt drgający jest skierowana do punktu będącego położeniem równowagi i jest proporcjonalna do odległości punktu drgającego od tego punktu. Każde drganie harmoniczne o okresie T daje się rozłożyć na sumę drgań harmonicznych o częst. 2πn/T, gdzie n = 0, 1, 2, ... (szereg Fouriera). Drgania prawie harmoniczne, w których jedna (lub więcej) spośród wielkości A₀, ω i φ₀ jest wolnozmienną (w porównaniu z okresem drgań T = 2π/ω) funkcją czasu, zw. są drganiami modulowanymi (modulacja odpowiednio amplitudy, częstości lub fazy). Drgania, których amplituda maleje w miarę upływu czasu, zw. są drganiami gasnącymi. Układ wytrącony z położenia równowagi i pozostawiony samemu sobie wykonuje drgania swobodne, zaś układ, na który działa okresowo zmienna siła zewn., wykonuje drgania wymuszone. Drgania powstające pod wpływem zewn. źródła energii o stałym w czasie natężeniu (tj. źródła nie drgającego), utrzymywane dzięki przekazywaniu energii za pomocą pewnego układu regulującego w taki sposób, że sam układ drgający dozuje energię potrzebną mu do utrzymania drgań (między układami drgającym i regulującym występuje sprzężenie zwrotne) są nazywane drganiami samowzbudnymi (drgania te występują np. w: zegarach, instrumentach dętych i smyczkowych, nożu tokarskim). Jeśli drgania charakteryzuje szybka zmiana wartości wielkości drgającej w ciągu bardzo małej części okresu i późniejsza powolna jej zmiana w następnej części okresu, to drgania mają charakter relaksacyjny. W technice ważną rolę odgrywają drgania własne różnych układów, czyli drgania które można w tych układach wzbudzać dzięki zjawisku rezonansu. D. parametryczne powstają w układach, w których parametry charakteryzujące układ (np. współczynnik sprężystości sprężyny, indukcyjność cewki) zmieniają się okresowo z czasem; w takich układach mogą pojawiać się ruchy niestateczne oraz rezonanse zw. parametrycznymi. Drgania są wykorzystywane w wielu dziedzinach nauki, techniki i życia codziennego, np. drgania mechaniczne — w pralkach, drgania akustyczne — w mowie, słuchawkach, głośnikach, drgania elektryczne — w telefonii, radiofonii, telewizji. Ujemne skutki mają d. maszyn, budowli. Drgania różnych układów zwykle opisuje się za pomocą podobnych równań różniczkowych, np. drgania harmoniczne wielkości A, niezależnie od tego, jaka to jest wielkość i jakiego układu dotyczy, są opisywane równaniem różniczkowym d²A/dt² = –ω²A.