Drgania wymuszone – definicja i obecność w życiu codziennym

Drgania wymuszone spotykamy w życiu codziennym niemalże nieustannie. Warto jednak na początku zdefiniować to pojęcie. Drganiami wymuszonymi określamy te, które odbywają się pod wpływem zewnętrznego źródła energii. Prostym przykładem jest odbiór dźwięków np. muzyki, przez człowieka. Kiedy dźwięk dociera do naszych uszu, wówczas błona bębenkowa zostaje wprowadzona w ruch, co inaczej nazywamy niczym innym jak drganiami. W maszynach również zachodzi do tego typu procesu. Niewyważone części maszyn wywołują drgania pozostałych elementów, co w efekcie doprowadza do silnych drgań przy dużej prędkości. Takie zachowania mogą niekorzystnie wpłynąć, chociażby na zdrowie człowieka, obsługującego maszyny lub znajdującego się w ich pobliżu z innego powodu.

Drgania wymuszone – zasada działania i ich rodzaje

Oczywiste jest, iż tego procesu nie zamkniemy w jednym rodzaju, a wyróżniamy ich kilka. Z pewnością będą to: drgania wymuszone stacjonarne, drgania wymuszone niestacjonarne, drgania wzbudzone uderzeniem, oraz drgania wymuszone układów nieliniowych.

W układzie drgań wymuszonych stacjonarnych dochodzi do tłumienia, w związku z którym drgania, występujące w układzie zanikają po pewnym czasie. Natomiast pobudzania z taką samą częstością i o takim samym natężeniu w układzie wywołują drgania, które pozostaną w układzie. Proces ten nazywamy ustalaniem się drgań. Drgania wymuszone niestacjonarne lub też inaczej mówiąc tłumionego układu liniowego wzbudzanego siłą harmoniczną, są sumą drgań swobodnych i wymuszonych. Gdy wzbudzanie drgań rozpoczęto w czasie równym zero, to drganie układu można przedstawić jako sumę drgań swobodnych wynikających z położenia i prędkości oscylatora. Kolejnym z drgań, są te wzbudzone uderzeniem – co definiuje wzbudzenie, w którym siła działająca na układ drgań w pewnym momencie ulega zmianie.

Wówczas rozważa się układ, w którym dla czasu mniejszego od zera siła kierująca jest równa zero, a dopiero po pewnym czasie przyjmuje stałą wartość od zera różną. Ostatnim z wymienionych drgań, są wymuszone układów nieliniowych. Definiując drgania nieliniowe, zmierza się do wyrażenia nieliniowych funkcji, jako wielomianów z pierwszym składnikiem liniowym. Pominięcie wyrazów poza pierwszym określa się jako linearyzację. Faktycznie układy drgań wykazują często nieliniową zależność siły przywracającej stan równowagi od wychylenia. Przyczyny nieliniowości mogą być rozmaite, odpowiednim przykładem będą: nieliniowe charakterystyki sprężystości bądź tłumienia, luzy w układzie lub tarcie suche, nieliniowe charakterystyki sił zewnętrznych, czyli inaczej wzbudzających.