värähtelyjärjestelmistä

Värähtelyjärjestelmät ovat fysikaalisia järjestelmiä, jotka kykenevät suorittamaan värähtelyä, eli jaksollista liikettä tasapainoasemansa ympärillä. Tyypillinen esimerkki on yksinkertainen harmoninen värähtelijä, joka koostuu massasta ja jousesta. Tässä tapauksessa jousen voima pyrkii palauttamaan massan aina takaisin tasapainoasemaan, mutta sen liike-energia saa sen jatkamaan tasapainopisteen yli. Tämä vuorovaikutus massan ja palauttavan voiman välillä johtaa värähtelyyn.

Värähtelyjärjestelmät voidaan luokitella useilla tavoilla. Ne voivat olla vaimennettuja tai vaimenemattomia. Vaimennetuissa järjestelmissä energiaa häviää esimerkiksi kitkan tai ilmanvastuksen vuoksi, jolloin värähtely sammuu ajan myötä. Vaimenemattomissa järjestelmissä energian häviämistä ei tapahdu, ja värähtely jatkuisi ikuisesti, jos järjestelmä olisi täysin eristetty. Toinen tärkeä jaottelu on pakotetun ja vapaan värähtelyn erottelu. Vapaassa värähtelyssä järjestelmä värähtelee omalla luonnollisella taajuudellaan häiriön poistumisen jälkeen, kun taas pakotetussa värähtelyssä ulkoinen, jaksollinen voima vaikuttaa järjestelmään ja pyrkii ajamaan sitä tiettyyn taajuuteen.

Resonanssi on ilmiö, joka esiintyy värähtelyjärjestelmissä, kun ulkoisen voiman taajuus on lähellä järjestelmän luonnollista taajuutta. Tällöin värähtelyjen amplitudit kasvavat huomattavasti, mikä voi olla toivottavaa joissain sovelluksissa, kuten musiikki-instrumenteissa tai radiovastaanottimissa, mutta haitallista esimerkiksi sillan rakenteissa. Värähtelyjärjestelmiä esiintyy laajasti luonnossa ja tekniikassa, esimerkiksi atomien värähtely kiinteissä aineissa, sähkömagneettiset värähtelyt radiolähetyksissä ja mekaaniset värähtelyt esimerkiksi moottoreissa. Niiden ymmärtäminen on keskeistä monien fysikaalisten ja insinööritieteellisten ongelmien ratkaisemisessa.