Vibration   진동

1. 진동 (Vibration)

  ㅇ 진동은, 한정된 공간(계)에서의 떨림 (반복) 현상
     - 기계적으로, 매질 입자의 떨림 운동
     - 전기적으로, 회로 내 전류,전압의 변동

  ※ [용어 유의]
     - 주로, 기계계통에서 일어나는 기계적 진동을 일컬음
        . 또한, 모든 진동(주기 / 비주기, 선형 / 비선형 등)을 포괄하는 용어로도 많이 쓰임
     - 한편, 발진은 주기적인 진동에 한정시켜 전기계에 주로 쓰이는 용어임


2. 진동, 파동, 공진, 발진, 동조  비교

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


3. 진동의 특징

  ㅇ 일정 범위 안에서, 평형과 교란 상태 간에 힘이 작용하여 왕복하는 반복 현상을 보임
     - 이때, 항상 평형 방향으로 작용하는 복원력이 있음

  ㅇ 진동원의 例) 
     - 바이올린의 떨림(현의 진동), 추시계의 진동(단진자), 결정 내 원자의 운동,
       거친도로위 자동차 진동, 소리굽쇠 등

  ㅇ 진동 측정의 例) 
     - 지진계, 소음계, 심전계 등


4. 진동의 구성 요소

  ㅇ 해석 요소 셋  :  질량(관성), 강성, 감쇠(소산)

  ㅇ 모델링 요소 셋  :  질량 - 스프링 - 제동기
     - 질량(관성)  :  운동에너지의 저장
     - 스프링(탄성체)  :  위치에너지의 저장
     - 제동기  :  에너지를 점차 소멸/약화시키는 요소


5. 진동의 에너지 변환

  ㅇ 운동에너지 ↔ 위치에너지 


6. 진동의 유지 조건

  ㅇ 만일, 에너지 소멸 요소가 있으면, 그만큼 외부 에너지 공급이 있어야 진동이 유지됨


7. 진동의 힘

  ㅇ 복원력 (Restoring Force, Return Force) : 계를 평형상태로 되돌리는 힘
  ㅇ 관성력 (Inertial Force) : 평형점을 지나치도록 하는 힘
  ㅇ 감쇠력,제동력 (Damping Force) : 마찰력 처럼 운동을 방해하는 힘
  ㅇ 구동력,외부력,강제력,가진력 (External Force, Driving Force, Exciting Force, Excitation)
     - 계 외부에서 가해진 외력 (통상, 지속적으로 가해지는 힘)
     * 한편, 열역학에서는 에너지의 전달 형태로써 열도 구동력의 일종 임


8. 진동의 종류 : 외부 힘 관점

  ㅇ 외부력 여부에 따라,
     - 자유 진동 (Free Vibration) : 외부력 없음
        . 외력이 없는 상태 하에, 자체 탄성에 의해 떨리는 진동
     - 강제 진동 (Forced Vibration) : 외부력 존재
        . 외부의 주기적인 자극(구동력)에 의한 진동

  ㅇ 감쇠력 여부에 따라,
     - 비감쇠 진동 (Undamped Vibration)
        . 한번의 자극 만으로 외부 자극 없이도 끝없이 자유 진동함
     - 감쇠 진동 (Damped Vibration) : 마찰력 존재
        . 진동하면서 계속 에너지를 잃어감.  ☞ 감쇠 진동 종류 참조
           .. 과도 감쇠 (Overdamped), 임계 감쇠 (Critically Damped), 미흡 감쇠 (Underdamped)
  
9. 진동의 주기성  :  조화 진동

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


10. 진동의 운동방정식

  ㅇ 진동 운동방정식 (통상, 2차 시스템으로 모델링)  ☞ 2차 진동방정식 참조
      

  ㅇ 진동 운동방정식 형태의 종류
      - 비감쇠 자유진동 : D = 0, F = 0  =>  
      - 감쇠 자유진동   : F = 0         =>  
      - 비감쇠 강제진동 : D = 0         =>  
      - 감쇠 강제진동   : 모든 항 존재  =>