Εξαναγκασμένες ταλαντώσεις (συντονισμός)

Το άνω άκρο του ενός κατακόρυφου ελατηρίου (κόκκινος κύκλος) κινείται πάνω-κάτω (πχ με το χέρι). Αυτή η κίνηση θεωρείται αρμονική, συνεπώς μπορεί να περιγραφεί από μία ημιτονοειδή συνάρτηση. Οι ταλαντώσεις ενός ελατηρίου που προκαλούνται με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται εξαναγκασμένες ταλαντώσεις.

Το κουμπί “Επανεκκίνηση” επαναφέρει τον αρμονικό ταλαντωτή στην αρχική του θέση. Μπορείτε να ξεκινήσετε, να σταματήσετε και να συνεχίσετε την προσομοίωση με το άλλο κουμπί. Αν επιλέξετε προβολή σε “Αργή Κίνηση”, η κίνηση θα προβάλλεται δέκα φορές πιο αρά. Η σταθερά του ελατηρίου, η μάζα, η σταθερά απόσβεσης και η γωνιακή συχνότητα του διεγέρτη μπορούν να ρυθμιστούν εντός συγκεκριμένων ορίων. Επιπρόσθετα, μπορείτε να επιλέξετε ένα από τα τρία διαγράμματα από τον κατάλληλο επιλογέα:

This browser doesn't support HTML5 canvas!

Συνολικά διακρίνουμε τρεις περιπτώσεις:

α) Αν η συχνότητα του διεγέρτη είναι πολύ μικρή (που σημαίνει ότι πάνω άκρο του ελατηρίου κινείται πολύ αργά), οι ταλαντώσεις του εκκρεμούς είναι σχεδόν σύγχρονες με τον διεγέρτη, και έχουν σχεδόν το ίδιος πλάτος.

β) Αν η συχνότητα του διεγέρτη συμπέσει με την ιδιοσυχνότητα του αρμονικού ταλαντωτή, το πλάτος των ταλαντώσεων αυξάνεται συνεχώς (συντονισμός). Στην περίπτωση αυτή, οι ταλαντώσεις του συστήματος διαφέρουν κατά ένα τέταρτο τετάρτο της περιόδου συγκριτικά με τις ταλαντώσεις του διεγέρτη (διαφορά φάσης π/2 rad).

γ) Αν η συχνότητα του διεγέρτη είναι πολύ υψηλή, το σύστημα ταλαντώνεται με ένα πολύ μικρό πλάτος σχεδόν σε αντίθεση φάσης με το διεγέρτη.

Αν η σταθερά απόσβεσης (η τριβή) είναι πολύ μικρή, οι μεταβατικές καταστάσεις είναι επίσης σημαντικές, οπότε θα πρέπει να περιμένετε ένα χρονικό διάστημα για να παρατηρήσετε τις προαναφερθείσες περιπτώσεις.