Võnkumustest

Võnkumustest on füüsikaline nähtus, mille raames keha või süsteem liigub perioodiliselt tasakaalupunkti ümber. Võnkumised võivad olla mehaanilised või elektrilised ning esinevad paljudes looduses ja tehnilistes rakendustes. Üldiselt eristatakse vabavõnkumist, kus liikumist juhib süsteemis juba tekkiv energia, ning sunnitud võnkumist, kus liikumist kontrollib väline jõud F(t).

Võnkumuse matemaatiline kirjeldus on sageli lineaarne ning tavapärane mudel kasutab teise järgu diferentsiaalvõrrandit: m x'' + c x' + k x = F(t). Siin m on mass, c hajumiskoefitsient, k vedru konstand; F(t) on väline jõud. Loomulik sagedus on ω0 = sqrt(k/m) ja hajumise koefitsient ζ = c/(2 sqrt(mk)). Kui ζ < 1, võnkumine on underdamped ja amplituud kahaneb aja jooksul; ζ = 1 tähistab kriitilist hajumist; ζ > 1 tähendab overdamped olekut, kus püsivat võnkumist ei teki.

Kui F(t) on sageduslik, tekib püsiv võnkumine, mille amplituud sõltub sõlmede sagedusest. Resonants ilmneb siis, kui välisjõu sagedus lähendab loomulikku sagedust ω0, mis võib suurendada amplituudi märkimisväärselt. Võnkumustel on tüüpiline amplitude- ja faasimuutus, mida kirjeldavad nii amplituudvalemid kui ka järjestikused faasiasendused.

Näited hõlmavad pendli liikumist, traadiga kitarri või vibrojõu süsteeme, elektrilisi RLC-süsteeme ja ehitusstruktuure, mis peavad vastu maavärinatele või muudele sundjõududele. Võnkumustest on oluline osa inseneritegevusest, signaalitöötlusest, arhitektuurist ja sensoritest.