۲۰ امتحان نهایی / مهارت فیزیک
سامانه، محرک، دامنه

تشدید؛
بسامد محرک را با بسامد طبیعی مقایسه کن

تشدید از زیادبودن صرف نیروی محرک نتیجه نمی‌شود. سامانه، بسامد طبیعی آن و بسامد نیروی دوره‌ای را جدا بنویس؛ سپس نزدیکی این دو بسامد را با دامنهٔ پاسخ مرتبط کن.

f₀

نوسان آزاد و واداشته را تفکیک کن

در نوسان آزاد، سامانه پس از جابه‌جایی اولیه با ویژگی‌های خودش نوسان می‌کند. در نوسان واداشته، نیرویی دوره‌ای به سامانه انرژی می‌دهد. بسامد پاسخ پایدار را با بسامد طبیعی سامانه بدون بررسی وضعیت یکی نگیر.

شناسنامهٔ تشدید

سامانه | بسامد طبیعی f₀ | بسامد محرک f | میرایی | دامنهٔ پاسخ

بسامد طبیعی را ویژگی سامانه ببین

جرم، سختی، طول یا هندسه می‌توانند طبق مدل مسئله بسامد طبیعی را تعیین کنند. اگر یکی از آن‌ها تغییر کند، ابتدا اثرش را بر بسامد طبیعی پیدا کن و بعد موقعیت تشدید را مقایسه کن.

نمودار پاسخ را محوربه‌محور بخوان

در نمودار دامنه بر حسب بسامد محرک، محور افقی ورودی و محور عمودی پاسخ سامانه است. قلهٔ نمودار ناحیهٔ تشدید را نشان می‌دهد. ارتفاع و پهنای قله را بدون توجه به میرایی تفسیر نکن.

نزدیکی بسامدها شرط اصلی است

وقتی بسامد محرک به بسامد طبیعی مناسب نزدیک می‌شود، انتقال انرژی در چرخه‌های پیاپی می‌تواند دامنهٔ پاسخ را زیاد کند. عبارت «بسامد زیاد» کافی نیست؛ مقایسه باید با بسامد طبیعی همان سامانه انجام شود.

میرایی را به اتلاف انرژی وصل کن

میرایی باعث خروج انرژی مکانیکی از نوسان می‌شود و بر دامنه و شکل پاسخ اثر دارد. در مقایسهٔ دو نمودار، شرایط دیگر را ثابت در نظر بگیر و دربارهٔ ارتفاع یا پهنای قله بر اساس مدل داده‌شده نتیجه بگیر.

هل‌دادن تاب را زمان‌بندی کن

در مثال تاب، نیروی دوره‌ای وقتی مؤثر است که با زمان‌بندی مناسب نسبت به حرکت اعمال شود. پاسخ تشریحی را به هم‌خوانی دورهٔ تحریک با دورهٔ طبیعی و انتقال منظم انرژی پیوند بده.

نمونهٔ تشخیص

سامانه‌ای بسامد طبیعی ۵ هرتز دارد و با نیروهای ۲، ۴٫۹ و ۸ هرتز تحریک می‌شود. با یکسان‌بودن دیگر شرایط، تحریک ۴٫۹ هرتز به بسامد طبیعی نزدیک‌تر است و انتظار دامنهٔ پاسخ بزرگ‌تری می‌رود.

تشدید را با ضربان اشتباه نگیر

تشدید پاسخ یک سامانه به محرک نزدیک بسامد طبیعی است. ضربان از برهم‌نهی دو موج با بسامدهای نزدیک شکل می‌گیرد و دامنهٔ حاصل به‌طور دوره‌ای تغییر می‌کند. سؤال را از روی تعداد منبع‌ها و نوع خواسته تشخیص بده.

تغییر پارامتر را دو مرحله‌ای پاسخ بده

اگر جرم یا طول تغییر کرده است، ابتدا بسامد طبیعی جدید را تحلیل کن؛ سپس بگو برای رسیدن دوباره به تشدید، بسامد محرک باید در چه جهتی تغییر کند. پریدن مستقیم به نتیجه، زنجیرهٔ علت را ناقص می‌کند.

پاسخ را با واحد و نمودار کنترل کن

بسامد با هرتز و دوره با ثانیه گزارش می‌شود. محل قله باید با بسامد طبیعی مورد انتظار سازگار باشد. برای روابط دوره و بسامد از نوسان و موج و برای فنر و آونگ از نوسان هماهنگ ساده کمک بگیر.