NexTutor

Drgania tłumione

W realnych układach drgania zanikają — energia jest rozpraszana (tarcie, opór). Amplituda maleje: x(t)=A·e^(−βt)·cos(ω′t). Im większy współczynnik tłumienia β, tym szybciej drgania zanikają. Przy tłumieniu krytycznym układ wraca do równowagi najszybciej, bez oscylacji. Zmień tłumienie.

Fizyka · Drgania · Drgania tłumione (FIZ.DRG)
Współczynnik tłumienia β\beta0.4 1/s
Większe tłumienie sprawia, że drgania…
tłumienie β
0.40 1/s
reżim
słabe
pulsacja ω′
2.97 rad/s
połowiczny zanik
1.73 s

Co się właśnie stało?

Zwiększyłeś tłumienie i amplituda drgań opadła szybciej. Obwiednia wychyleń kurczy się wykładniczo — im większe β\beta, tym prędzej ruch zamiera.

Drgania tłumione:

x(t)=Aeβtcos(ωt)x(t) = A\,e^{-\beta t}\cos(\omega' t)

— wychylenie oscyluje z pulsacją ω=ω02β2\omega' = \sqrt{\omega_0^2 - \beta^2}, ale zamknięte jest w malejącej obwiedni AeβtA\,e^{-\beta t}. A — amplituda początkowa, β — współczynnik tłumienia (1/s), ω0\omega_0 — pulsacja własna.

Co to jest tłumienie?

To rozpraszanie energii drgań — opór ośrodka, tarcie, lepkość. Energia mechaniczna zamienia się w ciepło, więc maleje monotonicznie: Ee2βtE \sim e^{-2\beta t}. Ruch nigdy nie „nabiera" energii sam z siebie.

Trzy reżimy — a co to tłumienie krytyczne?

Porównujemy β z pulsacją własną ω0\omega_0:

β<ω0  (słabe)β=ω0  (krytyczne)β>ω0  (przetłumione)\beta < \omega_0 \;\text{(słabe)} \qquad \beta = \omega_0 \;\text{(krytyczne)} \qquad \beta > \omega_0 \;\text{(przetłumione)}

Przy słabym tłumieniu układ oscyluje, powoli tracąc amplitudę. Tłumienie krytyczne to najszybszy powrót do równowagi bez ani jednej oscylacji. Powyżej — przetłumienie — układ też nie drga, ale wraca ospale.

Gdzie to działa?

Amortyzatory samochodowe dobiera się blisko tłumienia krytycznego: po wyboju koło ma wrócić natychmiast, bez huśtania. Podobnie zamykacze drzwi, wagi wychyłowe czy tłumiki drgań w budynkach.

Po co Ci to na maturze:

Rozpoznaj po wykresie reżim: oscylacje w kurczącej się obwiedni = słabe tłumienie; powrót bez przecięcia zera = krytyczne lub przetłumione. Pamiętaj, że β zwiększa tempo zaniku, a ω<ω0\omega' < \omega_0 — drgania tłumione są wolniejsze niż swobodne.

Zapamiętaj: tłumienie rozprasza energię, więc amplituda maleje wykładniczo — x(t)=Aeβtcos(ωt)x(t)=A e^{-\beta t}\cos(\omega' t). Większe β → szybszy zanik; przy β = ω₀ powrót jest najszybszy i bez oscylacji.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Co to tłumienie?

Rozpraszanie energii drgań (np. przez tarcie lub opór ośrodka), przez co amplituda maleje w czasie.

Co to tłumienie krytyczne?

Takie, przy którym układ wraca do położenia równowagi najszybciej, jeszcze bez oscylacji (granica między słabym a silnym tłumieniem).

Przykłady?

Amortyzatory samochodowe (dobrane blisko tłumienia krytycznego), zamykacze drzwi, tłumiki drgań w budynkach.