15.15: 공진의 개념과 특성

구동 발진기가 특정 주파수에서 공진해야 하는 경우 매우 가벼운 감쇠가 필요합니다. 빛 감쇠의 예로는 피아노 현과 기타 여러 악기 연주가 있습니다. 반대로, 자동차의 서스펜션 시스템에서와 같이 작은 진폭의 진동을 달성하려면 강한 댐핑이 필요합니다. 감쇠가 크면 진폭이 줄어들지만 시스템이 더 많은 주파수에서 반응한다는 단점이 있습니다. 과속방지턱과 자갈길은 자동차의 서스펜션 시스템도 공진에 면역되지 않는다는 사실을 증명합니다. 일반적으로 기계적 에너지를 거의 들어오는 속도만큼 빠르게 열 에너지로 변환하는 고도로 설계된 충격 흡수 장치에도 불구하고 과속 방지턱은 여전히 큰 진폭의 진동을 유발합니다. 물결 모양의 자갈 도로에서는 자동차가 잘못된 속도로 주행하면 요철이 매우 눈에 띄는 반면, 다른 속도에서는 요철이 거의 느껴지지 않습니다.

구동 고조파 발진기의 이러한 기능은 매우 다양한 시스템에 적용됩니다. 예를 들어, 라디오를 튜닝하면 공진 주파수가 조정되어 원하는 방송국의 방송(운전) 주파수로만 진동합니다. 라디오가 두 방송국을 더 선별적으로 구별할수록 감쇠는 더 작아집니다. 이 모든 경우에 구동력에서 발진기로의 에너지 전달 효율성은 공진에서 가장 잘 관찰됩니다.

끈에 묶여 있고 단단한 지지대에 매달려 있는 4개의 진자를 생각해 보십시오. 진자 A와 C의 길이는 같고 진자 B와 D의 길이는 다릅니다.

진자 A가 변위되면 고유 주파수로 진동하고 진자 A의 에너지가 다른 진자로 전달되어 구동 주파수로 진동하도록 합니다.

주어진 표현식은 진폭을 자연 및 구동 주파수와 관련시킵니다.

자세히 관찰하면 진자 B와 D가 고유 주파수와 상당히 다른 구동 주파수로 진동하여 진폭이 더 작아지는 것으로 나타났습니다.

대조적으로, 길이가 동일한 진자의 구동 주파수는 고유 주파수와 동일하여 각 진동에 따라 진폭이 점진적으로 증가합니다. 구동 주파수가 고유 주파수와 같을 때 이러한 상태를 공진이라고 합니다.

댐핑된 고조파 발진기에서, 공진 조건 하에서, 진폭은 댐핑력에 따라 변경될 수 있다. 진폭은 작은 댐핑의 경우 크고 좁고 무거운 댐핑의 경우 더 작습니다.