Oszcilláció

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Az oszcilláció (oszcillálás) időben ismétlődő változás valamely stabil állapot(ok) körül. Közismert példa az inga és a váltakozó áram. A vibráció (rezgés) fogalma szűkített értelemben oszcilláció, a kifejezést főleg mechanikai rendszerek esetében használják. Az oszcilláció nemcsak fizikai rendszerekben tapasztalható, hanem biológiai rendszerekben és a társadalomban is.

Csillapításmentes rugó-tömeg oszcilláló rendszer

Az egyszerű harmonikus oszcilláció[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A legegyszerűbb mechanikai oszcilláló rendszer egy tömeg (test), egy lineáris rugóhoz kapcsolva. Egy ilyen rendszer akkor van egyensúlyi állapotban, amikor statikus, azaz nyugalmi állapotban áll. Ha a tömeget kimozdítjuk egyensúlyi állapotából, akkor egy visszatérítő erő keletkezik, amely a nyugalmi állapotba akarja visszaállítani a rendszert. A visszatérő mozgó tömeg momentumra tesz szert és nyomaték keletkezik az ellentétes irányba. Ha egy állandó erő is hat a rendszerre, mint például a gravitáció, akkor az egyensúlyi helyzet eltolódik. Azt az időt, amely alatt egyetlen oszcilláció történik, oszcillációs periódusnak vagy periódusidőnek is hívják.

A tömeg-rugó rendszer speciális dinamikáját matematikailag az úgynevezett egyszerű harmonikus oszcilláció írja le, és az ekkor létrejövő mozgást egyszerű harmonikus mozgásnak hívják. A tömeg-rugó rendszerben azért történik oszcilláció, mert az egyensúlyi állapotból történő elmozdulás során a rugó kinetikus energiára tesz szert, amely a rugó potenciális energiájává változik. A tömeg-rugó rendszer jól illusztrálja az oszcilláció általános tulajdonságait, azaz az egyensúlyi állapotot, és a visszaállításra ható erőt, amely annál nagyobb lesz, minél inkább eltér az egyensúlyi állapottól.

Csillapított és meghajtott oszcilláció[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A valóságban az oszcilláló rendszerek termodinamikusan irreverzibilisek. Ez azt jelenti, hogy mindig van egy disszipatív folyamat, mint a súrlódás vagy az elektromos ellenállás, amely folyamatosan hővé alakítja át az oszcillátorban tárolt energiát a környezet felé. Ezt a jelenséget csillapításnak hívják. Ily módon az oszcillációk amplitúdója egyre csökken, hacsak nem kap kívülről energiát a csillapítás pótlására. A csillapítás hatása legjobban a harmonikus oszcillátor működésekor látható. Egy oszcilláló rendszer meghajtott, ha kívülről folyamatosan energiát kap az oszcilláció fenntartása érdekében; ilyen oszcilláció az AC, vagyis a váltakozó áram.

Csatolt oszcillátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A harmonikus oszcillátor és az általa modelezett rendszer szabadsági foka 1. Bonyolultabb rendszerek szabadsági foka 1-nél több. Ilyen például az a rendszer, amely két tömegből és három rugóból áll (mindegyik tömeg egy fix ponthoz és egymáshoz is kapcsolódik). Ebben az esetben minden változót befolyásolja a többi is. Ez vezet a csatolt oszcillációhoz. Például az ugyanarra a falra szerelt (azonos frekvenciájú) két ingaóra szinkronizálni próbálja a lengését. Ezt a jelenséget először Christiaan Huygens figyelte meg 1665-ben.[1] Az összetett rezgőrendszer leírása meglehetősen bonyolult, de hatékonyabb és számítástechnikailag kezelhetőbb, ha normál módusban fejezzük ki a mozgásokat.

Ennél még bonyolultabb az olyan csatolt oszcillátorok esete, ahol az energia az oszcilláció két formája között váltakozik. Ilyen a Wilberforce-inga, ahol az oszcilláció a függőleges inga megnyúlása és ennek a rugónak a végén található test forgómozgása között váltakozik.

Folytonos rendszerek - hullámok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Amikor a szabadságfokok száma tetszőlegesen nagy, akkor a rendszer közelít a folytonossághoz. Például ilyen a víz felszinén tapasztalható hullámzás is. Az ilyen rendszernek végtelen számú normál módusa van, amely jellemzően terjed a vízben.

Példák az oszcillációkra[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mechanikai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Foucault-inga

Helmholtz rezonátor

Hangvilla

Wilberforce inga

Elektromechanika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kristályoszcillátor

Hangszóró

Mikrofon

Elektromosság[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Elektronikus oszcillátor

Monostabil multivibrátor

Hartley oszcillátor

Astabil multivibrátor

Colpitts oscillator

Jelgenerátor

Optika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lézer

Geofizika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Atlanti dekadikus oszcilláció

El Nino

Csendes-Óceáni térség dekadikus oszcillációja

Asztrofizika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Neutron csillagok

Kémia[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Belousov–Zhabotinsky reakció

Briggs–Rauscher reakció

Bray–Liebhafsky reakció

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Strogatz, Steven. Sync: The Emerging Science of Spontaneous Order. Hyperion, 2003, pp 106-109

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben az oscillation című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.