نوسان میرا
در حركتِ هماهنگِ ساده، نوسان گر با دامنه ثابت نوسان می كند زیرا هیچ عاملی باعث اتلاف انرژی نمی شود. اما در واقعّیت، همیشه اصطكاك و برخی عوامل اتلاف انرژی دیگر وجود دارند. در حضور عوامل اتلاف كننده انرژی، دامنه نوسان به مرور زمان كاهش می یابد و در این حالت دیگر حركتِ هماهنگِ ساده روی نمی دهد. به چنین حركتی نوسانی میرا گفته می شود و كاهش دامنه به عنوان میرایی شناخته می شود.
در تصویر زیر وقتی توپ به داخل آب می افتد، حركت نوسانی آن میرا می شود.
همیشه عوامل اتلاف انرژی وجود دارند و به مرور زمان باعث كاهش دامنه می شوند.
چرا ما حركتِ هماهنگِ ساده را بررسی می كنیم؟
حركتِ هماهنگِ ساده معادلات ریاضی بسیار ساده ای دارد و اگر شدّت میرایی زیاد نباشد آن گاه حركت نوسانی میرا با تقریب خوبی همانند حركتِ هماهنگِ ساده خواهد بود.
در مدل سازی زیر نمودار حركت هماهنگ ساده و میرا رسم گردیده است. همان طور می بینید بسامد نوسان هر دو یكی است.
البته نحوه میرایی یك حركت نوسانی ممكن است به میزان های مختلف روی دهد. فرض كنید فردی می خواهد سیستم فنر و كمك فنر ماشینی را مورد آزمون قرار دهد و برای این كار ماشین را به نوسان در می آورد.
وی در لحظه t=0 ماشین را به‌اندازة A بلند نموده و رها می كند. اگر هیچ عامل تلف كننده ای در حركت وجود نداشته باشد آن گاه حركت نوسانی ماشین، به صورت هماهنگِ ساده خواهد بود. (نمودار قرمز a در شكل زیر)
ولی اگر این مجموعه دارای اصطكاك كمی باشد آن گاه حركت نوسانی ماشین به صورت نمودار سبز رنگ خواهد بود.
در حضور كمك فنر و نیروی میرا كننده، دامنه حركت شاسی ماشین كاهش یافته و در نهایت صفر می شود. هر چه میزان میرایی سیستم كمك فنر افزایش یابد نمودار b به c نزدیكتر می شود.
البته اگر میزان میرایی و تلفات این مجموعه افزایش یابد ممكن است دیگر حركت به صورت نوسانی وجود نداشته باشد و نمودار حركت شبیه شكل زیر شود و سیستم به سرعت به حالت تعادل پایدار برسد. اصطلاحاً به این حركت میرایی حاد گفته می شود (نمودارd ). اگر میزان تلفات انرژی افزایش یابد آن گاه زمان لازم برای رسیدن به حالت تعادل افزایش می یابد و در این حالت نمودار حركت ماشین به صورتe خواهد بود.
شاید بارها دستگاه هایی را كه بر روی برخی درب ها بزرگ نصب شده اند مشاهده كرده باشید كه بطور اتوماتیك باعث بسته شدن آرام درب می شوند. در این وسایل یك فنر و یك كمك فنر تعبیه شده است كه طی یك حركت میرایِ حاد باعث بسته شدن درب می گردند.
گروه مدرسه اینترنتی سایت تبیان - تهیه: محسنی
تنظیم: سمیرا بادامستانی
