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.
Co się właśnie stało?
Zwiększyłeś tłumienie i amplituda drgań opadła szybciej. Obwiednia wychyleń kurczy się wykładniczo — im większe , tym prędzej ruch zamiera.
Drgania tłumione:
— wychylenie oscyluje z pulsacją , ale zamknięte jest w malejącej obwiedni . A — amplituda początkowa, β — współczynnik tłumienia (1/s), — pulsacja własna.
Co to jest tłumienie?
To rozpraszanie energii drgań — opór ośrodka, tarcie, lepkość. Energia mechaniczna zamienia się w ciepło, więc maleje monotonicznie: . Ruch nigdy nie „nabiera" energii sam z siebie.
Trzy reżimy — a co to tłumienie krytyczne?
Porównujemy β z pulsacją własną :
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 — drgania tłumione są wolniejsze niż swobodne.
Zapamiętaj: tłumienie rozprasza energię, więc amplituda maleje wykładniczo — . Większe β → szybszy zanik; przy β = ω₀ powrót jest najszybszy i bez oscylacji.
Rozpraszanie energii drgań (np. przez tarcie lub opór ośrodka), przez co amplituda maleje w czasie.
Takie, przy którym układ wraca do położenia równowagi najszybciej, jeszcze bez oscylacji (granica między słabym a silnym tłumieniem).
Amortyzatory samochodowe (dobrane blisko tłumienia krytycznego), zamykacze drzwi, tłumiki drgań w budynkach.