Vibração
Entenda a ampliação de movimento, uma técnica que permite aos pesquisadores monitorar pequenas vibrações na infraestrutura Aprenda como os avanços na ampliação de movimento estão permitindo que os engenheiros monitorem melhor as vibrações quase imperceptíveis, causadas por forças como vento e chuva, dentro das infraestruturas dos edifícios. Massachusetts Institute of Technology (um parceiro editorial da Britannica) Veja todos os vídeos para este artigo
Vibração , movimento periódico para frente e para trás das partículas de um corpo ou meio elástico, comumente resultando quando quase qualquer sistema físico é deslocado de seu equilíbrio condição e permitido responder às forças que tendem a restaurar o equilíbrio.
As vibrações se enquadram em duas categorias: livres e forçadas. Vibrações livres ocorrem quando o sistema é perturbado momentaneamente e, em seguida, pode se mover sem restrições. Um exemplo clássico é fornecido por um peso suspenso por uma mola. Em equilíbrio, o sistema tem mínimo energia e o peso está em repouso. Se o peso for puxado para baixo e liberado, o sistema responderá vibrando verticalmente.
As vibrações de uma mola são de um tipo particularmente simples conhecido como movimento harmônico simples (SHM). Isso ocorre sempre que a perturbação do sistema é contrariada por uma restauração força isso é exatamente proporcional ao grau de perturbação. Neste caso, a força restauradora é a tensão ou compressão na mola, que (de acordo com a lei de Hooke) é proporcional ao deslocamento da mola. No movimento harmônico simples, as oscilações periódicas são da forma matemática denominada senoidal.
A maioria dos sistemas que sofrem pequenos distúrbios os neutraliza exercendo alguma forma de força restauradora. Freqüentemente, é uma boa aproximação supor que a força é proporcional à perturbação, de modo que SHM é, no caso limite de pequenas perturbações, uma característica genérica dos sistemas vibratórios. Uma característica do SHM é que o período de vibração é independente de sua amplitude . Esses sistemas, portanto, são usados na regulação de relógios. A oscilação de um pêndulo, por exemplo, se aproxima de SHM se a amplitude for pequena.
Aprenda como a tecnologia moderna ajuda a detectar vibrações em edifícios e inspecionar danos estruturais Visão geral da tecnologia moderna usada para medir vibrações em materiais de construção. Encyclopædia Britannica, Inc. Veja todos os vídeos para este artigo
Uma característica universal da vibração livre é o amortecimento. Todos os sistemas estão sujeitos a forças de fricção, e estas drenam continuamente a energia das vibrações, fazendo com que a amplitude diminua, geralmente de forma exponencial. O movimento, portanto, nunca é precisamente sinusoidal. Assim, um pêndulo oscilante, deixado sem ser acionado, acabará voltando a descansar na posição de equilíbrio (energia mínima).
Vibrações forçadas ocorrem se um sistema for continuamente acionado por uma agência externa. Um exemplo simples é o balanço de uma criança que é empurrado a cada desaceleração. De especial interesse são os sistemas submetidos a SHM e acionados por forçantes sinusoidais. Isso leva ao importante fenômeno de ressonância . Ressonância ocorre quando a direção frequência aproxima-se da frequência natural de vibrações livres. O resultado é uma rápida absorção de energia pelo sistema vibratório, com um aumento concomitante da amplitude da vibração. Em última análise, o crescimento em amplitude é limitado pela presença de amortecimento, mas a resposta pode, na prática, ser muito grande. Diz-se que soldados marchando por uma ponte podem criar vibrações ressonantes suficientes para destruir a estrutura. Folclore semelhante existe sobre cantores de ópera quebrando taças de vinho.
As vibrações elétricas desempenham um papel importante na eletrônica. Um circuito contendo indutância e capacitância pode suportar o equivalente elétrico de SHM envolvendo fluxo de corrente senoidal. A ressonância ocorre se o circuito for acionado por corrente alternada que é compatível em frequência com as oscilações livres do circuito. Este é o princípio por trás do ajuste. Por exemplo, um receptor de rádio contém um circuito, cuja freqüência natural pode ser variada. Quando a frequência corresponde à do transmissor de rádio, ocorre ressonância e uma grande corrente alternada dessa frequência se desenvolve no circuito. Desta maneira, ressonante circuitos podem ser usados para filtrar uma frequência de uma mistura.
Em instrumentos musicais, o movimento de cordas, membranas e colunas de ar consiste em uma superposição de SHMs; dentro Engenharia estruturas, vibrações são uma característica comum, embora geralmente indesejável. Em muitos casos, movimentos periódicos complicados podem ser entendidos como a superposição de SHM em muitas frequências diferentes.
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