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 =>
1.
2.