vibratietoestanden

Vibratietoestanden is een term uit de natuurkunde en techniek die verwijst naar de discrete toestanden waarin een systeem kan trillen. De term wordt gebruikt in zowel macromechanische systemen als in moleculaire systemen, en beschrijft hoe bewegingen, frequenties en energie op een gestructureerde manier samenkomen.

In mechanische systemen komen vibratietoestanden overeen met de normale modi: specifieke bewegingspatronen die onafhankelijk van elkaar kunnen bestaan, elk met een eigen trillingsfrequentie. De vorm van elke modus, de mode shape genoemd, geeft aan hoe delen van het systeem ten opzichte van elkaar bewegen. De algemene trillingsrespons is een combinatie van meerdere modi, afhankelijk van de prikkeling en de demping. Demping, massa en stijfheid bepalen welke modi actiever zijn en hoe snel trillingen afnemen.

In moleculaire systemen zijn vibratietoestanden de quantummechanische vibratieniveaus binnen een elektron toestandsniveau. Bij benadering kan een molecuul worden gemodelleerd als een harmonisch oscillator, waarbij de energieeigenwaarden E_v = hν(v + ½) zijn (v is de vibratieniveau). Overgangen tussen vibratieniveaus ontstaan door absorptie of emissie van straling en volgen selectie regels die afhangen van de dipoolmoment en anharmonische correcties.

Metingen en analyse van vibratietoestanden gebeuren via modalanalyse en structurele gezondheidstoepassingen (bijvoorbeeld finite-elementanalyse en trillingsdemping), maar ook via spectroscopie zoals IR- en Raman-spectroscopie voor moleculaire vibraties. Het begrip vibratietoestanden is fundamenteel voor het ontwerp van structuren die resonanties vermijden, voor trillingsreductie in apparaten en voor het begrijpen van spectrale kenmerken van materialen.

Zie ook: normale modi, eigenfrequenties, vibratiespectroscopie, Raman-spectroscopie, IR-spectroscopie.