Värähtelyinä

Värähtelyinä on suomenkielinen monikko sanasta värähtely, joka tarkoittaa toistuvaa, säännöllistä liikettä tai siirtymää tasapainopisteen ympärillä. Termiä käytetään kuvaamaan ilmiöitä, joissa energia siirtyy kappaleen tai järjestelmän sisällä ja jossa jatkuva ulkoinen voima ei ole välttämätön, vaan vaimennus lopulta pysäyttää liikkeen.

Fysiikassa ja tekniikassa värähtelyt ovat toistuvia liikkeitä, joiden ominaisuuksiin kuuluvat amplitudi, taajuus (f), jakso (T) sekä vaihe. Vaimennus vähentää värähtelyn voimakkuutta ajan kuluessa. Kun ulkoinen ajuri osuu samaan taajuuteen kuin järjestelmän luonnollinen taajuus, syntyy resonanssia, mikä voi suurentaa amplitudia.

Yksinkertainen malli on harmoninen värähtelijä: x(t) = A cos(ωt + φ), jossa ω = 2πf. Tämä kuvaa esimerkiksi mekaanista jousijärjestelmää, jossa palautusvoima on liikkeen suhteen, sekä ääniaaltoja ja joidenkin sähköisten piirien värähtelyjä.

Esimerkkejä ovat mekaaniset värähtelyt, kuten jousen ja kielten aiheuttama liike, sekä akustiset värähtelyt, joissa ilmanpaine muuttuu ja syntyy ääni. Sähkö- ja magneettisissä järjestelmissä esiintyvän värähtelyn esimerkkejä ovat LC-kytkennät ja kvartsikidepohjaiset oskillaattorit; niillä on keskeinen rooli ajastuksessa, viestinnässä ja luotettavissa kellolaitteissa. Värähtelymittauksia käytetään rakenteiden kunnon seurannassa sekä musiikissa ja äänitekniikassa.

Mittausta ja analyysiä varten käytetään kiihtyvyys- tai vibro-anturien sekä laser-Doppler-vibrometrien kaltaisia välineitä. Signaaleja analysoidaan usein Fourier- tai spektrianalyysillä sekä aikaprofiileilla, joilla voidaan erottaa erilaiset värähtelylähteet ja -tilat.