強制振動はその名の通り、自然には起こらない体の振動です。強制振動は、外部の周期的な力の影響下で振動するシステムまたは物体の振動とも呼ばれます。また、振動体の新しい振動数は、その固有振動数とは異なります。強制振動は、物体が独立して振動できる自由振動の逆です。たとえば、自由に動く振り子です。さらに、共鳴について話すとき、それは身体の固有振動数が身体の駆動または強制振動数と等しい特殊な場合の振動数です。
自由振動
ある周波数で振動する単純な振り子の場合を考えてみましょう。振り子が平均位置からずれると、前後に動きます。独自の固有振動数で自由に振動します。このような振動を自由振動と言います。
- したがって、自由振動は、いったん振動に設定されると、それ自体の固有振動数で自由に振動する物体が所有する振動として定義できます。
- 自由振動の固有振動数が依存する要因は、身体の構造と身体の性質です。
- また、振動する物体の周波数、振幅、およびエネルギーは、物体が自由に振動するために一定のままです。
減衰振動
単純な振り子のような物体を自由に振動させると、しばらくすると振り子が元の位置に戻ることに気付きます。これは、振り子の動きに抵抗する空気抵抗などの特定の要因が原因で発生します。その結果、体の振動の振幅に影響があります。振動の振幅は、時間とともに減少します。体は減衰振動を実行しています。
強制振動または駆動振動
- 強制振動または駆動振動とは、振動体の固有振動数とは異なる振動数を持つ、外部の周期的な力の影響下で物体が振動する振動です。
- 強制振動の場合、本体は外力によってその周波数で振動します。
- また、このような振動の振幅は通常小さいです。
- 外部原動力の式は次のように与えられます:
F(t) =F0cos⍵dt
体の動きや体に生じる振動は、以下の作用の組み合わせによるものであることを忘れないでください。
- 復元力、つまり F=-kx
- 減衰力、つまり F=-bv、b は減衰定数
- 駆動力、つまり F(t)
3 つすべてを組み合わせると、
ma=-kx-bv+F0cos⍵dt
上記の方程式を解くと、次のように解が得られます。
x=x0sin(⍵dt+ ɸ)
固有振動数の式は次のようになります;
⍵0 =k/m =固有振動数
レゾナンス
簡単に言えば、共振とは、振動数を自然周波数に近づけたり遠ざけたりすることによって振動子が振動するプロセスです。さらに、レゾナンスは強制振動の特殊なケースです。この場合、外力と自然力の周波数はまったく同じです。体がそのような特性で振動するときはいつでも、振動は共鳴振動と呼ばれます。また、共振のインスタンスは、影響を受けるため、ボディの振幅を大幅に増加させます。
共鳴の例は次のとおりです:
<オール>結論
上記から、強制振動と共振のさまざまな側面を経験しました。強制振動は自由振動の逆であることを学びました。強制振動の振動は、体に特定の外力が作用した場合にのみ観察できます。さらに、共振は、体の振幅が上昇し、駆動周波数と固有振動数が (ほぼ) 等しくなる現象です。
