Trillingen(definitie)
Onder een trilling verstaat men elk der heen- en weergaande bewegingen samen
van een voorwerp of een deeltje die in hun opeenvolging het trillen
uitmaken: de a waarop instrumenten gestemd worden heeft 435 trillingen per
seconde.
Bovenstaande is een definitie uit 'van Dale Groot Woordenboek der Nederlandse Taal - 11de
druk, 1984'. Meer 'wetenschappelijk' geformuleerd zou je ook kunnen zeggen:
men spreekt van een trilling als een grootheid in de tijd varieert rondom
een min of meer constante slechts langzaam evoluerende evenwichtsvoorwaarde.
Je kunt dan denken aan een fysische grootheid, maar dat is niet
noodzakelijk.
Voorbeelden van trillingen
verticaal trillende veer |
|
pendel of slinger |
|
Voorbeelden van trillingen met tijddiagram
Enkele definities
Periodieke trilling
Onder een periodieke trilling verstaat men een trilling die zich na
een bepaalde periode identiek herhaald.
Meer perciezer geformuleerd kan men ook zeggen dat een periodieke trilling
beschreven kan worden met bepulp van een Functie F(t) die
voldoet aan de volgende eigenschap: F(t) = F(t + T).
De grootheid T noemen we dan de periode of de trillingstijd.
Deze wordt uiteraard uitgedrukt in de eenheid seconde (s).
De eenheid van F kan, afhankelijk van over welk soort systeem we het
hebben, van alles zijn: meters (m), volt (V), ampère (A), euro (€),
of noem maar op.
Hier nog enkele voorbeelden van periodieke trillingen:
Lineaire relaxatietrilling |
|
Impulstrilling |
|
Harmonische Trilling |
|
Harmonische trilling
De belangrijkste van de periodieke trillingen is de harmonische trilling. Onder een harmonische trilling verstaan we een periodieke trilling die beschreven kan worden met de functie
F(
t) =
A·cos(φ(t)) = A·cos(φ
o + 2π
ωt/
T) =
A·cos(φ
o +
ωt)
= A·cos(
φo + 2π
ft).
De volgende benamingen worden voor de diverse grootheden in deze formule
gebruikt:
F: zeer afhankelijk van de specifieke toepassing, bijvoorbeeld uitwijking van een veer. In dat geval is de corresponderende eenheid de meter (m). De grootheid
F
kan echter ook een druk (pascal = Pa), een elektrische spanning (volt = V),
een elektrische stroom (ampère = A) of noem maar op, voorstellen;
φ(
t) =
φo + 2π
ωt/
T = φo + 2πωt/T = φo + 2πft:
fase van de trilling, geen eenheid (-);
φo: beginfase van de trilling, geen eenheid (-)
A: amplitude, wordt beschreven met zelfde eenheid als
F;
T: periode of trillingstijd, eenheid seconde = s;
f: frequentie, eenheid Hz = hertz = s
-1;
ω = 2π·
f : hoekfrequentie, eenheid s
-1 of rad/s.
De naam hoekfrequentie wordt gebruikt vanwege de volgende eigenschap: Een
harmonische beweging langs een rechte lijn kan men ontstaan denken door een
punt, dat eenparig langs een cirkel beweegt, op een rechte lijn te
projecteren (zie figuur). Veronderstel het punt is op tijdstip
t = 0 in P, zodat de voerstraal naar P een hoek
φ0 met de positieve
x-as maakt; op tijdstip
t in een punt P' zodanig, dat de voerstraal over een hoek
ωt gedraaid is. De hoek met de
x-as is dan
ωt +
φ. De projectie op de
x-as is dus
A·cos(
ωt
+
φ), als
A de straal van de cirkel is.
Harmonische trillingen zijn van groot belang omdat:
- veel trillingen in de natuur in zeer goede benadering harmonisch zijn;
- harmonische trillingen wiskundig redelijk makkelijk zijn te beschrijven;
en
- omdat ook niet harmonische trillingen te beschrijven als het resultaat van
een optelsom van harmonische trillingen. Zie bijvoorbeeld het
artikel over
Fourier analyse in de Wikipedia.