Esempi di oscillazioni smorzate: approfondimenti dettagliati

Nel mondo reale, le oscillazioni non seguono sempre il corretto SHM modello. Nella maggior parte dei casi, l'attrito di qualche tipo risulta in smorzamento oscillazioni. Vediamo alcuni esempi di oscillazione smorzata come segue:

• Messa attaccata alla primavera
• Cavallino primaverile per bambini
• Pendolo oscillante
• Salto con l'elastico
• Trampolino da piscina
• Nave pirata
• Circuito RLC
• Strumenti a corda
• Dondolare su un'altalena del parco giochi
• Primavera

Messa allegata alla sorgente:

Si può osservare in qualsiasi comune laboratorio scientifico che le oscillazioni si verificano quando una massa m è accoppiata a una molla con una forza costante 'k'. Quando la molla viene compressa o rilasciata da una certa distanza, si possono osservare le oscillazioni in atto. Queste oscillazioni avvengono a causa dell'energia immagazzinata nella molla.

Alla fine, le oscillazioni decadono e infine la molla smette di oscillare ad un certo punto a causa dell'attrito dell'aria. Questo decadimento delle oscillazioni non è altro che uno smorzamento delle oscillazioni. Questo è l'esempio di oscillazione smorzata più comune. 

Bambini a cavallo primaverile:

Le oscillazioni prodotte dai bambini seduti sui cavalli a molla nel parco sono qualcosa che vediamo regolarmente. Una volta riportato e liberato il cavallo, è possibile assistere al movimento avanti e indietro del bambino seduto sul cavallo, che equivale a compiere delle oscillazioni. Alla fine, rallenta e alla fine si ferma completamente, che non è altro che lo smorzamento delle oscillazioni nel cavallo a molla.

Crediti immagine: ParkCross, HK Sunday Wan Chai Park Parco giochi Spring Horse, CC BY-SA 3.0

Pendolo oscillante: 

Se facciamo oscillare un pendolo con una determinata lunghezza di corda, vedremo che raggiunge la sua massima altezza durante la prima oscillazione e poi diminuisce costantemente di altezza all'aumentare del numero di oscillazioni. Ciò è dovuto alla presenza di forze opposte come la resistenza dell'aria. Arriva il momento in cui il pendolo si ferma completamente. In questo caso, la vibrazione viene smorzata, o potremmo dire che sta perdendo energia.

Crediti immagine: Jeans giallo brillante, Oscillazione del pendolo, CC BY-SA 4.0

Bungee jumping:

Quando una persona salta da un ponte o da una piattaforma, una lunga corda elastica viene legata alle caviglie dell'individuo, che provoca una serie di oscillazioni verticali sul ponte o sulla piattaforma. Queste oscillazioni verticali continueranno a verificarsi finché la corda elastica avrà energia. E, una volta che ha utilizzato tutta la sua energia, provoca lo smorzamento delle oscillazioni. Il bungee jumping è uno dei migliori esempi di oscillazioni smorzate.

Crediti immagine: Gerhard Grabner, Bungee-escursione 1, CC BY-SA 3.0

Trampolino per piscina:

Hai mai osservato la persona che sta in piedi sul trampolino in piscina? Quando una persona è in piedi sul trampolino, pronta a tuffarsi in piscina, devi aver visto che il trampolino si piega verso il basso. La piegatura della tavola indica che l'energia viene immagazzinata nella tavola stessa.

Quando l'individuo salta giù dal trampolino, vola un po' in aria prima di tuffarsi in acqua come atto della forza. Dopodiché, possiamo vedere che il trampolino oscilla ancora un po' dopo il decollo. L'oscillazione di smorzamento è un fenomeno in cui l'energia immagazzinata in un trampolino diminuisce gradualmente e alla fine cessa, come dimostrato dal trampolino.

Crediti immagine: cittadino D, Piscina Rippon Lea, CC BY-SA 3.0

Nave pirata:

Hai mai fatto una gita in un parco divertimenti o in un parco acquatico? Sì. Ovviamente lo abbiamo fatto tutti. Il viaggio sulla nave dei pirati è qualcosa che vediamo e apprezziamo sempre. In alcune parti del mondo, una nave pirata viene chiamata barca del drago e viceversa.

Il motore fa oscillare la corsa avanti e indietro quando è acceso. Alla fine, queste oscillazioni si fermano, il che non è altro che uno smorzamento delle oscillazioni.

Crediti immagine: Chris Sansone, BlackBuccaneer ritagliata, CC BY 2.0

Circuito RLC:

In elettronica, l'oscillazione guidata dallo smorzamento è un fenomeno comune. Un oscillatore elettronico smorzato è un componente fondamentale in una varietà di applicazioni. Diamo un'occhiata a un circuito RLC in serie per vedere come funziona l'oscillatore guidato smorzato nell'elettronica.

Se il condensatore viene caricato alla sua capacità massima e la sorgente di tensione viene estratta dal circuito, un condensatore si scaricherà e la corrente scorrerà attraverso l'induttore in un circuito chiuso. Secondo la legge Lenz, che si oppone al flusso di corrente, l'induttore si accumulerà immagazzinato energia magnetica.

Una volta che il condensatore è stato completamente scaricato, l'induttore campo magnetico provoca un'inversione della corrente che scorre attraverso il condensatore, che lo carica in modo opposto. Questa linea d'azione sarà ripetuta, ma sarà smorzata dalle parti resistive del circuito.

Per compensare la perdita di energia, è necessaria una sorgente di segnale sinusoidale per mantenere l'oscillazione del circuito RLC. Un oscillatore guidato smorzato si forma come risultato dell'aggiunta della sorgente del segnale al circuito RLC.

Strumenti a corda:

Ci sono così tanti strumenti a corda di cui abbiamo molta familiarità con la chitarra e il violino. Quando pizzichiamo una corda di una chitarra o strofiniamo un arco sulla corda del violino, allora possiamo sentire suoni melodiosi.

Questo suono è causato dalle vibrazioni su e giù della corda del rispettivo strumento. Trascorso del tempo, si riscontra che le corde cessano di vibrare, manifestando i fenomeni di smorzamento dell'oscillazione.

Crediti immagine: eyes355, con elementi diː Lardyfatboy, Wayne Rogers, Rama, Martin Möller, Gringer, Musik- och teatermuseet, Strumenti a corda, CC BY-SA 3.0

Dondolare su un'altalena del parco giochi:

Abbiamo tutti oscillato da quando siamo stati in grado di camminare, sia in un'altalena per bambini a casa o in una per bambini nel parco giochi, o in qualsiasi altra altalena in giardino. Per fare un'oscillazione, ci spostiamo un po' indietro con l'aiuto delle gambe e poi rilasciamo o liberiamo le gambe.

Questo processo agisce come una forza e immagazzina energia che si traduce quindi nell'inizializzazione delle oscillazioni. Queste oscillazioni avanti e indietro alla fine rallentano per effetto di resistenza dell'aria e quindi le oscillazioni vengono smorzate. 

Crediti immagine: "viola oscillante"(CC BY 2.0) di Joe Shlabotnik

Primavera:

Quando premiamo e rilasciamo semplicemente la molla, alla fine tornerà nella sua posizione originale dopo che si è verificata una certa compressione e rilassamento. Questo è anche lo smorzamento delle oscillazioni.

Crediti immagine: Rudy e Peter Skitterians da Pixabay 

Questi sono tutti esempi di oscillazioni smorzate che vediamo e sperimentiamo nella nostra vita quotidiana e nell'ambiente circostante.

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• Come calcolare l'oscillazione