Vibration   진동

(2017-06-17)

진동 관련 힘

1. 진동 (Vibration)

  ㅇ 진동은 매질 입자의 떨림 운동으로 봄
     - 주로, 기계계통에서 일어나는 기계적 진동을 일컬음
        . 일반적으로, 모든 진동(주기 비주기,선형 비선형 등)을 포괄하는 용어로 많이 쓰임
     - 한편, 발진(Oscillation)은 주기적인 진동에 한정시켜 전기계에 주로 쓰이는 용어임


2. 진동, 파동, 공진, 발진, 동조  차이점

  ㅇ 진동 :  한정된 공간(계)에서의 떨림 운동 (주로, 기계적 진동을 말함)
  ㅇ 파동 :  계의 시간공간에서의 주기적인 상태변화 (공간에서 에너지 이동이 있음)
  ㅇ 공진 :  특정 진동수에서 반응이 최대가 되는 현상 (구동력과 합해져 극대를 보임)
  ㅇ 발진 :  증폭정귀환 현상을 이용한 주파수 발생 신호원 (주로, 전기적 진동을 말함)
  ㅇ 동조 :  회로소자의 L,C 용량을 변화시켜 특정 주파수공진을 일으킴 (주파수 선택성)


3. 진동 특징

  ㅇ 평형과 교란 상태 사이에서 이 작용하여 왔다갔다하는 반복 현상을 보임
     - 이때, 항상 평형 방향으로 작용하는 복원력이 있음

  ㅇ 진동 例) 
     - 바이올린의 떨림, 추시계의 진동, 결정 내 원자운동, 거친도로위 자동차 진동 등


4. 진동 관련 복원력 (Restoring Force,Return Force)
     - 계를 평형상태로 되돌리는 관성력 (Inertial Force)
     - 평형점을 지나치도록 하는 감쇠력,제동력 (Damping Force)
     - 마찰력 처럼 운동을 방해하는 
     - 질량에 작용, 방향은 속도 x'의 반대방향,  F감쇠력 = - cx'

  ㅇ 외부력,구동력,강제력,가진 (External Force,Driving Force,Exciting Force,Excitation)
     - 계 외부에서 가해진 외력 (통상, 지속적으로 가해지는 )


5. 진동 종류 : 외부  관점

  ㅇ 자유 진동(Free Vibration)
     - 외력이 없는 상태하의 진동

  ㅇ 비감쇠 진동 (Undamped Vibration) 
     - 한번의 자극 만으로 외부 자극 없이도 끝없이 진동함

  ㅇ 감쇠 진동(Damped Vibration) : 마찰력 존재
     - 진동하면서 계속 에너지를 잃어감.  ☞ 감쇠 진동 종류 참조

  ㅇ 강제 진동(Forced Vibration) : 외부력 존재
     - 외부의 주기적인 자극에 의한 진동


6. 조화 진동 (Harmonic Vibration) : 주기성 관점

  ㅇ 진동 형태가 정현파적으로 반복되는 과정
      - 단순 조화진동 : 평형점을 중심으로 양쪽 방향으로 왕복하는 단순한 진동
      - 조화진동      : 모든 진동은 단순조화진동들의 중첩으로 표현 가능  ☞ 조화파


7. 무감쇠 진동 운동방정식 (1 자유도 2차 시스템 例)     
     - m d2x(t)/dt2 : 관성력(Inertia Force)
     - c dx(t)/dt = 0 : 제동력(Damping Force) = 0
     - k x(t) : 탄성 복원력(Elastic Restoring Force)
        . (m : 관성질량, k : 탄성계수)

  ㅇ 진동방정식 해 :  x(t) = A sin(ωot+Φ)
     -   자연주파수 : ωo = √(k/m)
     -   진폭     : A

  ㅇ 例) 용수철 진동
         
     - 용수철의 복원력  F(x) = -kx (Hooke Law) (k: 탄성계수,용수철 상수)


[진동] 1. 진동 2. 진동 관련 주요 용어
[진동(조화운동)] [진동(감쇠진동)] [진동(공진)]

 
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