Różnica między oscylacjami swobodnymi i wymuszonymi

W naszym codziennym życiu spotykamy różne rodzaje ruchów wykazywanych przez różne ciała. W fizyce ruch translatora jest rodzajem ruchu, w którym ciało porusza się z miejsca na miejsce w odniesieniu do czasu. Weźmy na przykład lot, poruszający się pociąg lub poruszającą się piłkę - to wszystko przykłady ruchu tłumacza. Następnie mamy ruch oscylacyjny, w którym ciało powtarza ten sam ruch w kółko. Przykłady ruchu oscylacyjnego obejmują zegar, kamerton, ruch huśtawki itp. Oscylacje i fale są wplecione w szereg zjawisk, których doświadczamy każdego dnia.

Drgania lub wibracje są wolne, jeśli po wstępnym wzbudzeniu układ oscyluje pod wpływem własnych sił wewnętrznych, ale nie sił zewnętrznych. Z drugiej strony, jeśli siła zewnętrzna nadal utrzymuje oscylację układu, wibracje są uważane za wymuszone. Siła zewnętrzna jest tutaj nazywana siłą napędową. Tak więc ciało wykonuje drgania swobodne, kiedy oscyluje bez wpływu siły zewnętrznej, natomiast gdy układ swobodnie oscylujący jest poddawany działaniu siły zewnętrznej, wpływając w ten sposób na jego oscylację, zaczyna wytwarzać wymuszone wibracje (lub oscylacje). Rzućmy okiem na kilka kluczowych różnic między oscylacjami swobodnymi i wymuszonymi.

Co to są bezpłatne oscylacje?

Weźmy przykład kamertonu. Kiedy uderzasz kamerton, zaczyna on wibrować przez pewien czas z określoną częstotliwością. Oznacza to, że jest w stanie swobodnego oscylacji, ponieważ wibruje z częstotliwością naturalną, a kamerton działa tutaj jako swobodny oscylator. Tak więc, jeśli oscylator jest ustawiony na wibrowanie z częstotliwością naturalną bez działania na niego siły zewnętrznej, wówczas określa się go jako oscylator swobodny. Drgania są wolne, jeśli po wstępnym wzbudzeniu układ oscyluje w wyniku własnych sił wewnętrznych, bez przyłożonych do niego sił zewnętrznych. Mówi się, że podmiot jest w swobodnym oscylacji. Mówi się, że bez żadnej siły zewnętrznej swobodny oscylator ma stałą amplitudę i okres. Idealnie, wolny oscylator nie podlega tłumieniu, chyba że do swobodnego oscylacji zostanie przyłożony opór.

Co to jest wymuszone oscylacje?

Weź przykład huśtawki. Kiedy popchniesz huśtawkę tylko raz, działa ona jak wolny oscylator, który oscyluje z własną częstotliwością naturalną, bez żadnych zakłóceń od jakiejkolwiek siły zewnętrznej. Ale w końcu przestanie się kołysać. Ale jeśli popchniesz huśtawkę za każdym razem, gdy zacznie zwalniać lub osiągnie określony punkt, działa jak wymuszony oscylator i będzie nadal huśtał się, ponieważ jest poddawany działaniu siły zewnętrznej. Tak więc podmiot poddaje się sile zewnętrznej i oscyluje ze stałą amplitudą i częstotliwością siły. Oscylacje nazywane są następnie oscylacjami wymuszonymi. Z technicznego punktu widzenia wymuszone oscylacje można zdefiniować jako oscylacje, w których ciało oscyluje z częstotliwością inną niż częstotliwość naturalna pod wpływem zewnętrznej siły okresowej.

Różnica między oscylacjami swobodnymi i wymuszonymi

Definicja darmowych vs. Wymuszone oscylacje

- Oscylacje swobodne to oscylacje wykonywane przez podmiot bez działania siły zewnętrznej. Występują z powodu sił sprężystości i bezwładności układu. Mówi się, że bez żadnej siły zewnętrznej swobodny oscylator ma stałą amplitudę i okres. Przeciwnie, wymuszone oscylacje można zdefiniować jako oscylacje, w których ciało oscyluje z częstotliwością inną niż częstotliwość naturalna pod wpływem zewnętrznej siły okresowej. Siła zewnętrzna jest tutaj nazywana siłą napędową.

Przykład oscylacji swobodnych a wymuszonych

- Weźmy przykład huśtawki na placu zabaw. Kiedy popchniesz huśtawkę tylko raz, oscyluje ona z własną częstotliwością naturalną, bez żadnej interferencji ze strony siły zewnętrznej, więc działa jak swobodny oscylator. Ale jeśli popchniesz huśtawkę za każdym razem, gdy zacznie zwalniać lub osiągnie określony punkt, będzie nadal huśtać się, ponieważ jest teraz poddawana działaniu siły zewnętrznej, więc działa jak wymuszony oscylator. Inne przykłady swobodnych oscylacji obejmują kamerton, wahadło itp.

Oscylacje Free vs. Forced: Tabela porównawcza

Podsumowanie darmowych vs. Wymuszone oscylacje

W skrócie, wolne oscylacje to oscylacje, w których ciało lub układ oscyluje z własną częstotliwością naturalną bez działania siły zewnętrznej. Przeciwnie, oscylacje wymuszone są oscylacjami, w których ciało oscyluje z częstotliwością inną niż częstotliwość naturalna pod wpływem zewnętrznej siły okresowej. Oscylacje swobodne zmniejszają się stopniowo z powodu sił oporu zwanych siłami tłumienia, podczas gdy oscylacje wymuszone utrzymują się tak długo, jak długo na ciało działa siła zewnętrzna.