Δυνάμεις Απόσβεσης

Όλα τα φαινόμενα που παρατηρούνται στη φύση οδηγούνται από κάποιου είδους ερέθισμα. Από την κίνηση ενός αυτοκινήτου, μέχρι την περιστροφή των πλανητών, όλη η παρατηρούμενη κίνηση είναι άμεσο αποτέλεσμα της εφαρμογής δύναμης. Χωρίς την εφαρμογή δύναμης, θα ήταν αδύνατο να γίνει οποιοδήποτε είδος επιθυμητής εργασίας. Αλλά η δύναμη δεν χρησιμοποιείται μόνο για να προκαλέσει κίνηση αλλά και για να επιβραδύνει την κίνηση.

Οι δυνάμεις απόσβεσης είναι τέτοια είδη δυνάμεων που εφαρμόζονται για να επιβραδύνουν ή να ανακουφίσουν την κίνηση. Μια δύναμη απόσβεσης υπάρχει σχεδόν σε κάθε σύστημα που υπάρχει στη φύση ή στο πείραμα. Η κατανόηση της επίδρασης των δυνάμεων απόσβεσης είναι σημαντική για την κατανόηση της κίνησης των οντοτήτων καθώς και για την πρόβλεψη της μακροζωίας ενός πειράματος, ή με άλλα λόγια, πόσο καιρό θα συνεχιστεί χωρίς εξωτερική υποστήριξη.

Τι είναι οι δυνάμεις απόσβεσης;

Όπως περιγράφηκε προηγουμένως, οι δυνάμεις απόσβεσης είναι ένας ειδικός τύπος δύναμης που χρησιμοποιείται για να επιβραδύνει ή να σταματήσει μια κίνηση. Το βασικό σημείο είναι ότι οι δυνάμεις απόσβεσης λειτουργούν μόνο σε δονητική κίνηση ή σε συστήματα που παρουσιάζουν ταλαντωτική φύση. Είναι μια δύναμη που περιορίζει τους κραδασμούς που μπορεί να είναι μηχανικής ή ηλεκτρικής φύσης. Το φαινόμενο απόσβεσης που προκαλείται από τις δυνάμεις απόσβεσης οφείλεται στη διασπορά της ενέργειας.

Ο στόχος οποιασδήποτε δύναμης απόσβεσης σε ένα ταλαντευόμενο σύστημα είναι να μειώσει τη συχνότητα της ταλάντωσής του ή να αποτρέψει την ταλάντωσή του. Η απόσβεση είναι ένα φαινόμενο που προκαλείται από δυνάμεις απόσβεσης και εμφανίζεται σχεδόν σε κάθε σύστημα. Για να μην συμβεί απόσβεση σε ένα σύστημα, πρέπει να είναι απαλλαγμένο από δυνάμεις που αντιτίθενται στην ταλαντωτική κίνηση της δύναμης. Ένα τέτοιο σύστημα είναι δυνατό στην κλασική μηχανική. Κάθε δύναμη που εφαρμόζεται λαμβάνει μια απόκριση και αυτή η απόκριση λειτουργεί ως δύναμη απόσβεσης.

Επίπεδα απόσβεσης

Υπάρχουν διαφορετικά επίπεδα απόσβεσης που μπορεί να συμβούν σε ένα σύστημα.

Χωρίς απόσβεση

Ένα ταλαντούμενο σύστημα που ταλαντώνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μην χάνεται ενέργεια σε οποιαδήποτε ταλάντωση που λαμβάνει χώρα ονομάζεται σύστημα χωρίς απόσβεση, καθώς δεν υπάρχει δύναμη απόσβεσης που να ασκεί στο σύστημα. Ένα τέτοιο σύστημα θα συνεχίσει να ταλαντώνεται για άπειρο χρονικό διάστημα χωρίς να σταματήσει ποτέ.

Υπό απόσβεση

Δεν είναι δυνατό ένα τέλεια αδιάβροχο ταλαντευόμενο σύστημα. Υπάρχει πάντα μια δύναμη απόσβεσης που ενεργεί σε ένα ταλαντευόμενο σύστημα. Όταν αυτή η δύναμη απόσβεσης είναι τέτοια που οι ταλαντώσεις τείνουν σταδιακά προς τη μηδενική ταλάντωση, τότε το σύστημα ταλάντωσης λέγεται ότι είναι υποαπόσβεση. Σε ένα σύστημα με χαμηλή απόσβεση, το ταλαντούμενο σώμα μπορεί να περάσει την αρχική του θέση περισσότερες από μία φορές, αλλά με κάθε ταλάντωση χάνει ενέργεια και τελικά σταματά να ταλαντώνεται.

Κρίσιμη απόσβεση

Σε πολλές περιπτώσεις απαιτείται, μόλις το σώμα τεθεί σε ταλάντωση, το σώμα να ηρεμήσει. Για παράδειγμα, όταν ένα ποδήλατο περνά πάνω από ένα χτύπημα ταχύτητας, η ανάρτηση αρχίζει να ταλαντώνεται αλλά σταματά μετά από λίγο. Προκειμένου να επιτευχθεί μια απόσβεση τέτοια ώστε η ταλάντωση ενός σώματος να σταματήσει μόλις αρχίσει να ταλαντώνεται, το σύστημα πρέπει να αποσβεστεί κριτικά. Στο παράδειγμα του ποδηλάτου, οι αναρτήσεις αποσβένονται σημαντικά είτε μηχανικά είτε με την προσθήκη ενός παχύρρευστου υγρού που εμποδίζει τις αναρτήσεις να ταλαντεύονται για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.

Υπερμείωση

Αν κουνήσετε μια πόρτα με σωστή απόσβεση πολύ δυνατά, θα παρατηρήσετε ότι η πόρτα κλείνει ομαλά χωρίς να γυρίζει προς τα πίσω. Όταν ένα ταλαντευόμενο σύστημα αποσβένεται με τέτοιο τρόπο ώστε το ταλαντούμενο σώμα να μην διασχίζει ποτέ το σημείο εκκίνησης της ταλάντωσής του, τότε αυτό το σύστημα λέγεται ότι είναι υπερβολικά αποσβεσμένο. Σε ένα σύστημα με υπεραπόσβεση, οι ταλαντώσεις συνεχίζονται για μια χρονική περίοδο αλλά το πλάτος της ταλάντωσης είναι πάντα μικρότερο από το αρχικό πλάτος. Η διαφορά μεταξύ της υπεραπόσβεσης και της κρίσιμης απόσβεσης είναι ότι η κρίσιμη απόσβεση εστιάζει στο να μην επιτρέπει καθόλου να συμβαίνουν ταλαντώσεις, αλλά η υπεραπόσβεση εστιάζει στο πλάτος της ταλάντωσης να μειωθεί απότομα.

Παραδείγματα δυνάμεων απόσβεσης

Υπάρχουν διάφοροι τύποι δυνάμεων απόσβεσης που μπορούν να εμφανιστούν σε ένα σύστημα, οι πιο παρατηρηθέντες είναι:

Μηχανικές δυνάμεις απόσβεσης

Για ένα σύστημα εναλλασσόμενου ρεύματος, οι ταλαντώσεις συμβαίνουν σε σχέση με την πολικότητα του ρεύματος που διέρχεται. Αυτές οι ταλαντώσεις του ρεύματος αντιτίθενται από τη δύναμη απόσβεσης που παρέχουν οι αντιστάσεις. Διαχέουν την ενέργεια που μεταφέρεται από το ηλεκτρικό ρεύμα με τη μορφή θερμότητας, μειώνοντας έτσι την πραγματική ενέργεια που λαμβάνει ο δέκτης.

Ιξώδεις δυνάμεις απόσβεσης

Σε πολλά ταλαντευόμενα συστήματα, όπως οι αναρτήσεις ποδηλάτων, το φαινόμενο απόσβεσης προκαλείται με τη βοήθεια ενός πολύ παχύρρευστου υγρού. Σε ένα παχύρρευστο υγρό, παρατηρείται ιξώδης οπισθέλκουσα η οποία είναι ίδια σε δράση με την τριβή. Όταν ένα ταλαντούμενο σώμα υποβάλλεται σε παχύρρευστη οπισθέλκουσα, η κινητική ενέργεια του σώματος διαχέεται με πολύ ταχύτερο ρυθμό από ό,τι αν το ταλαντούμενο σώμα τοποθετούνταν στον αέρα. Η ιξώδης οπισθέλκουσα συχνά προκαλεί υπερβολική απόσβεση του ταλαντευόμενου συστήματος με αποτέλεσμα οι ταλαντώσεις να μηδενίζονται γρήγορα.

Ηλεκτρικές δυνάμεις απόσβεσης

Για ένα σύστημα εναλλασσόμενου ρεύματος, οι ταλαντώσεις συμβαίνουν σε σχέση με την πολικότητα του ρεύματος που διέρχεται. Αυτές οι ταλαντώσεις του ρεύματος αντιτίθενται από τη δύναμη απόσβεσης που παρέχουν οι αντιστάσεις. Διαχέουν την ενέργεια που μεταφέρεται από το ηλεκτρικό ρεύμα με τη μορφή θερμότητας, μειώνοντας έτσι την πραγματική ενέργεια που λαμβάνει ο δέκτης.

Ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις απόσβεσης

Η απόσβεση ακτινοβολίας παρατηρείται λόγω ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων απόσβεσης και συνήθως παρατηρείται σε υποατομικά σωματίδια. Για παράδειγμα, όταν ένα ηλεκτρόνιο διεγείρεται, αρχίζει να ταλαντώνεται, όταν ξεκινά αυτή η ταλάντωση, η μηχανική ενέργεια του ηλεκτρονίου διαχέεται με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Συμπέρασμα

Οι δυνάμεις απόσβεσης είναι ένας ειδικός τύπος δύναμης που χρησιμοποιείται για να επιβραδύνει ή να σταματήσει μια κίνηση. Το βασικό σημείο είναι ότι οι δυνάμεις απόσβεσης λειτουργούν μόνο σε δονητική κίνηση ή σε συστήματα που παρουσιάζουν ταλαντωτική φύση. Είναι μια δύναμη που περιορίζει τους κραδασμούς που μπορεί να είναι μηχανικής ή ηλεκτρικής φύσης. Το φαινόμενο απόσβεσης που προκαλείται από τις δυνάμεις απόσβεσης οφείλεται στη διασπορά της ενέργειας.

Ένα ταλαντευόμενο σύστημα μπορεί να είναι χωρίς απόσβεση, υποαπόσβεση, κρίσιμη απόσβεση ή υπερβολική απόσβεση. Τα πιο παρατηρημένα παραδείγματα δυνάμεων απόσβεσης είναι η μηχανική δύναμη απόσβεσης, η ιξώδης δύναμη απόσβεσης, η ηλεκτρική δύναμη απόσβεσης και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη απόσβεσης. A