تذبذب (فيزياء)
التذبذب أوالذبذبة Oscillation، هوحركة تأرجحية لجسم جيئةً وذهاباً. تتذبذب جميع الأمور ولكن بدرجات متفاوتة. ومن الممكن حتى تكون الذبذبات ضعيفة جدًا أوسريعة جدًا أوبطيئة جدًا لحد يصعب كشفه. تحدث الذبذبة عند وقوع الزلازل وذلك بسبب تذبذب الجسيمات الصغيرة في باطن الأرض. كما تتولد الذبذبات عند تحرك أمواج البحر علوًّا وانخفاضًا مسببة المد والجزر. وتتذبذب السيارة نتيجة للانفجارات المتكررة في أسطوانات محركاتها. وتنتج الكثير من الأصوات نتيجة لذبذبة الأجسام.
تُستغل الذبذبات في الكثير من الأعمال النافعة. فعندما ننقر نقرة خفيفة على المملحة (الملاحة)، وهي وعاء صغير يوضع فيه الملح على مائدة الطعام، فإن الذبذبات التي تولدها هذه النقرة الخفيفة هي التي تجعل الملح يتحرك. ويستعمل عمال الطرق أجهزة معينة لتوليد الذبذبات التي تدك التربة التي تقام عليها الطُّرُق. وفي الطب تستعمل الذبذبات لعلاج أوجاع العضلات.
في الوقت ذاته من الممكن حتى تجلب الذبذبات كثيرًا من المتاعب للبشر والآلات. فإذا تجاوز معدل الذبذبات وشدتها حدًا معينًا، على سبيل المثال، فإنها تتسبب في كثير من الإزعاج للناس. كما تؤدي ذبذبات الضوضاء، والذبذبات الكثيرة جدًا إلى فقدان البشر القدرة على الهجريز وتولد لديهم الشعور بالسقم. أما بالنسبة للآلات فإن الذبذبات القوية فيها قد تتسبب في إحداث الضجيج وتصيبها بالتآكل والكسر.
ابتكر المهندسون عدة طرق للتخلص من مشاكل الذبذبات والاهتزازات. فقد استعان المهندسون بالمواد المرنة والزنبركات لتقليل تأثير الذبذبات والاهتزازات. على سبيل المثال، تم تزويد العربات بإطارات غازية (إطارات تنفخ بالهواء المضغوط) تمكنها من امتصاص الاهتزازات الناتجة من السفر فوق طرقات غير معبدة. ويتم هجريب مراوح التهوية في المباني على زنبركات فولاذية لينة. والواقع حتى المهندسين يحاولون عموماً التخلص من مشاكل الذبذبات عند تصميمهم لأية آلة.
الوصف
توصف الذبذبات بناءً على الاتساع أوالتردد. والاتساع هوالمسافة التي يبترها جسم متذبذب من نقطة سكونه. أما التردد فهوعدد الذبذبات الكاملة التي يبترها الجسم أثناء فترة زمنية محددة، عادة ثانية واحدة. ويقاس التردد بوحدة تُسمى هرتز. ويسمع معظم الناس الذبذبات عندما يتراوح مقدار ترددها بين 20 و20,000 هرتز.
التصنيف
ويمكن تصنيف الذبذبات إلى ذبذبات حرة وذبذبات قسرية. وفكرة هذا التصنيف قائمة على أساس هل القوة الخارجية هي التي تُبقِي استمرارية الذبذبات أم لا،يا ترى؟ عملى سبيل المثال، يهتز وتر الجيتار بحرِّيَّة عند نقره، ولكن ذبذبة وتر الكمان تكون قسرية عندما يمرر القوس فوق الوتر. وتعتمد معظم آلات الموسيقى في علوأصواتها على ظاهرة تسمى الرنين. يحدث الرنين عندما تكون القوة المولّدة للذبذبة في تناغم مع تردد تذبذب الجسم الحر.
الذبذبة التوافقية البسيطة
ندرس هنا بغرض التوضيح الذبذبة التوافقية نظرا لأهميتها :
ويبين الرسم البياني ذبذبة توافقية ذات إزاحة
وتعطي القيمة
يسمى معكوس زمن الدورة f التردد.
أي أن:
-
.
كما يوجد رمز آخر للتردد
الذبذبة التوافقية المخمدة
توصف الحركة المذبذبة بأنها ذبذبة توافقية إذا كانت القوة المتحكمة في النظام متناسبة تناسبا طرديا مع الإزاحة . وتسمى هذه الحالة أيضا في الرياضيات بالنظام الخطي ، حيث تتغير القوة خطيا مع الإزاحة . أي إذا تضاعفت القوة تضاعفت الإزاحة إلى غير ذلك.
ويمكن وصف تلك الحركة التوافقية بالمعادلة :
حيث:
حيث يسمى:
الطور الكلي ، كما يسمى :
- f أو
ويسمي حاصل ضرب التردد في ,
- التردد الزاوي = . f
للحركة. وبإدخال تعبير التردد الزاوي يمكن اختصار المعادلات :
فإذا فاضلنا المعادلة بالنسبة للزمن نحصل على:
حيث:
وبإجراء التفاضل مرة ثانية :
حيث:
أمثلة
ميكانيكي
كهربائي |
إليكتروني-ميكانيكي
بصري
حيوي
بشري
|
اقتصادي واجتماعي
مناخي وجيوفيزيائي
فيزياء فلكية
كيميائي
|
انظر أيضا
|
|
|
المصادر
- ^ الذبذبة، الموسوعة المعهدية الكاملة
وصلات خارجية
- Vibrations - a chapter from an online textbook