Ve skutečném světě oscilace ne vždy následují správné SHM vzor. Ve většině případů dochází k nějakému tření tlumení oscilace. Podívejme se na několik příkladů tlumených oscilací takto:
- Hmota připevněná k prameni
- Dětský jarní kůň
- Kyvné kyvadlo
- Bungee jumping
- Bazén skokanské prkno
- Pirátská loď
- RLC obvod
- Strunné nástroje
- Houpání na dětské houpačce
- Jaro
Hmota připevněná k pružině:
V jakékoli běžné vědecké laboratoři lze být svědkem toho, že k oscilacím dochází, když je nějaká hmota m spojena s pružinou se silovou konstantou „k“. Když je pružina stlačena nebo uvolněna z určité vzdálenosti, pak je možné pozorovat probíhající oscilace. Tyto oscilace probíhají v důsledku energie uložené v pružině.
Nakonec se kmity utlumí a nakonec pružina přestane v určitém bodě kmitat v důsledku tření vzduchu. Tento pokles oscilací není nic jiného než tlumení oscilací. Toto je nejběžnější příklad tlumeného kmitání.
Děti na jarním koni:
Oscilace produkované dětmi sedícími na jarních koních v parku jsou něco, co vidíme pravidelně. Jakmile je kůň přiveden zpět a vysvobozen, je možné vidět, jak se dítě sedící na koni pohybuje tam a zpět, což je ekvivalentní provádění oscilací. Nakonec zpomalí a nakonec se úplně zastaví, což není nic jiného než tlumení kmitů u pružinového koně.
Kredity obrázku: ParkCross, HK Sunday Wan Chai Park hřiště Spring Horse, CC BY-SA 3.0
Kyvné kyvadlo:
Rozhoupeme-li kyvadlo se specifickou délkou struny, uvidíme, že při prvním kmitu dosáhne největší výšky a pak se zvyšujícím se počtem kmitů výška plynule klesá. To je způsobeno přítomností protichůdných sil, jako je odpor vzduchu. Nastává okamžik, kdy se kyvadlo úplně zastaví. V tomto případě se vibrace tlumí, nebo můžeme říci, že ztrácí energii.
Kredity obrázku: Jasně žluté džíny, Kyvadlová houpačka, CC BY-SA 4.0
Bungee jumping:
Když člověk seskočí z mostu nebo plošiny, dlouhé, elastické lano je přivázáno ke kotníkům jednotlivce, což způsobí sérii vertikálních oscilací, které se generují na mostě nebo plošině. Tyto vertikální oscilace budou pokračovat, dokud bude mít elastické lano energii. A jakmile spotřebuje veškerou svou energii, způsobí utlumení oscilací. Bungee jumping je jedním z nejlepších příkladů tlumených oscilací.
Obrazový kredit: Gerhard Grabner, Bungee jauntal 1, CC BY-SA 3.0
Bazénové skokanské prkno:
Pozorovali jste někdy osobu, která stojí na skokanském můstku v bazénu? Když člověk stojí na skokanském můstku a je připraven skočit do bazénu, museli jste vidět, že se skokanský můstek ohýbá dolů. Prohnutí desky naznačuje, že energie se ukládá v samotné desce.
Když jedinec seskočí ze skokanského prkna, vyletí trochu vysoko ve vzduchu, než se ponoří do vody jako akt síly. Poté můžeme vidět, že skokanský můstek po vzletu ještě trochu kmitá. Tlumící oscilace je jev, při kterém se energie uložená ve skokanském můstku postupně zmenšuje a nakonec ustane, jak ukazuje skokanský můstek.
Kredity obrázku: Občan D, Bazén Rippon Lea, CC BY-SA 3.0
Pirátská loď:
Už jste si někdy udělali výlet do zábavního parku nebo aquaparku? Ano. Samozřejmě jsme to udělali všichni. Výlet pirátskou lodí je něco, co vždy vidíme a oceňujeme. V některých částech světa je pirátská loď označována jako dračí loď a naopak.
Motor při zapnutí způsobuje oscilační pohyb tam a zpět. Nakonec se tyto oscilace zastaví, což není nic jiného než tlumení oscilací.
Kredity obrázku: Chris Sampson, BlackBuccaneer Cropped, CC BY 2.0
RLC obvod:
V elektronice je tlumením řízená oscilace běžným jevem. Elektronický tlumený řízený oscilátor je základní součástí v různých aplikacích. Pojďme se podívat na sériový RLC obvod, abychom viděli, jak funguje tlumený řízený oscilátor v elektronice.
Pokud je kondenzátor nabit na svou maximální kapacitu a zdroj napětí je vytažen z obvodu, kondenzátor se vybije a induktorem bude protékat proud v uzavřeném obvodu. Podle Lenzova zákona, který je proti toku proudu, se induktor bude akumulovat magnetická energie.
Jakmile je kondenzátor zcela vybit, induktor je magnetické pole způsobí obrácení proudu procházejícího kondenzátorem, který jej nabije opačně. Tento průběh se bude opakovat, ale bude tlumen odporovými částmi v obvodu.
Pro kompenzaci ztráty energie je zapotřebí sinusový zdroj signálu pro udržení oscilace RLC obvodu. Přidáním zdroje signálu do RLC obvodu se vytvoří tlumený řízený oscilátor.
Strunné nástroje:
Existuje tolik strunných nástrojů, ze kterých velmi dobře známe kytaru a housle. Když brnkáme na strunu kytary nebo třeme smyčcem o strunu houslí, můžeme slyšet melodické zvuky.
Tento zvuk je způsoben vibracemi nahoru a dolů struny příslušného nástroje. Po uplynutí určité doby se zjistí, že struny přestanou vibrovat, což demonstruje jev tlumení oscilací.
Image Credits: eyes355, with elements byː Lardyfatboy, Wayne Rogers, Rama, Martin Möller, Gringer, Musik-och teatermuseet, Smyčcové nástroje, CC BY-SA 3.0
Houpání na houpačce na dětském hřišti:
Všichni jsme se houpali od té doby, co jsme byli schopni chodit, ať už v dětské houpačce doma, v dětské houpačce na hřišti nebo na jakékoli jiné houpačce na zahradě. Chcete-li se zhoupnout, posuneme se s pomocí nohou trochu dozadu a poté nohy uvolníme nebo uvolníme.
Tento proces působí jako síla a ukládá energii, která pak vede k inicializaci oscilací. Tyto oscilace sem a tam se nakonec zpomalí jako účinek odpor vzduchu a proto se oscilace tlumí.
Kredity obrázků: „Houpající se Violet"(CC BY 2.0) podle Joe Shlabotnik
pružina:
Když jednoduše stiskneme a uvolníme pružinu, nakonec se vrátí do své původní polohy po určitém stlačení a uvolnění. Tím je i tlumení kmitů.
Kredity obrázku: Rudy a Peter Skitterians od Pixabay
To vše jsou příklady tlumených oscilací, které vidíme a zažíváme v našem každodenním životě a okolí.
Také čtení:
Jsem Prajakta Gharat. V roce 2020 jsem dokončil postgraduální studium fyziky. V současné době pracuji jako předmětový expert ve fyzice pro Lambdageeky. Snažím se vysvětlit předmět fyziky snadno srozumitelným jednoduchým způsobem.