Blog

Drgania wymuszone to takie, które powstają pod wpływem działania periodycznej siły zewnętrznej. Jednak, co ważne, nie powoduje ona zmian parametrów układu drgań. Poprzez istnienie sił tarcia, drgania swobodne, prędzej czy później, muszą zaniknąć. Chcąc temu zapobiec, należy w sposób ciągły pobudzać układu drgający za pomocą drgań wymuszonych. Chcąc dokładniej przyjrzeć się drganiom wymuszonym, można zauważyć, że w pierwszym etapie układ wykonuje drgania mieszane, powstałe jako nałożenie drgań wymuszonych i drgań własnych układu. Po pewnym czasie drgania własne ulegają wytłumieniu, ich amplituda stopniowo maleje. Rośnie natomiast amplituda drgań wymuszonych, drgania własne praktycznie wygasły i występują tylko drgania wymuszone.

Istotnym zagadnieniem, jakie wiąże się z drganiami wymuszonymi, jest rezonans. Objawia się on wzrostem amplitudy drgań układu drgającego dla określonej częstotliwości siły wymuszającej. Częstotliwość, dla której drgania mają największą amplitudę, nazywa się częstotliwością rezonansową.

Na powyższych wykresach widać, że w pobliżu częstości własnej krzywa w sposób gwałtowny rośnie do nieskończoności. Dzieje się tak, ponieważ nie zostały uwzględnione tłumienia drgań przez tarcie. W rzeczywistości krzywa zagina się (przestaje rosnąć) w pobliżu częstości własnej i w tym miejscu amplituda osiąga maksymalny poziom. Im mniejsze tłumienie, tym większa maksymalna amplituda wychylenia. Zjawisko gwałtownego narastania amplitudy drgań dla częstości drgań w pobliżu częstości własnej nazywamy rezonansem.

Rezonans jest powszechnym zjawiskiem w przyrodzie i technice. Może mieć negatywne i pozytywne skutki. 7 listopada 1940 r. w mieście Tacoma w Stanach Zjednoczonych doszło do zawalenia się mostu. Główne przęsło mostu miało długość 840 m przy szerokości jedynie 12 metrów. Skutkiem tego była niezwykła wiotkość budowli. Już w trakcie budowy robotnicy mieli mdłości, a później most stał się atrakcją turystyczną i nazywano go „galopującą Gertie”. Po zaledwie 4 miesiącach użytkowania, 7 listopada 1940 r., doszło do katastrofy. W czasie sztormu silny wiatr wiejący od strony oceanu osiągnął prędkość 56–67 km/h i wprowadził most w drgania. Nie było żadnych ofiar w ludziach. Jedyną ofiarą śmiertelną był czarny, trójnogi cocker spaniel angielski o imieniu Tubby, który spadł do wody. Pies uwięziony był czarnym samochodzie, który znajdował się na moście. Innym przykładem katastrofy budowlanej, która została spowodowana przez drgania, było zawalenie się budynku w okręgu administracyjnym Szabhar, nieopodal Dhaki w Bangladeszu. Katastrofa miała miejsce 24 kwietnia 2013 r. W budynku mieściło się kilka fabryk odzieży, bank i wiele sklepów. Architekt, który zaprojektował wieżowiec powiedział, że miał on mieć pięć pięter, a nie osiem (bez jego wiedzy, nielegalnie dobudowano 3 kondygnacje). Według śledczych przyczyną zawalenia się budynku były wibracje wielkich generatorów. Konstruktorzy nie przewidzieli, że w budynku będą znajdować się ciężkie maszyny tekstylne i generatory. W wyniku katastrofy zginęło 1127 osób, a około 2500 odniosło obrażenia. Została ona uznana za największą katastrofę budowlaną pod względem liczby ofiar śmiertelnych w czasach współczesnych.