機械與電學振動
過阻尼運動(overdamped motion)
想像從一罐濃蜂蜜裡拔出湯匙:它不會彈回也不會反彈——只是緩緩地爬回原處然後停下。一個淹沒在阻尼中的系統也是如此。擾動它,它會毫無振盪地回到靜止,但懶洋洋地慢慢來。那種遲緩、不擺動的回歸就是過阻尼運動。
過阻尼意味著阻尼佔上風:c^2 > 4 m k(阻尼比 zeta > 1)。此時特徵方程有兩個相異的實負根 r1 與 r2,解是兩個單純衰減指數之和,x(t) = A e^(r1 t) + B e^(r2 t)。哪裡都沒有餘弦,所以沒有振盪。兩個指數中較慢的那個——根較接近零的那個——主宰了回歸那條長而緩的尾巴。
當絕對禁止過衝、即使犧牲速度也在所不惜時,過阻尼就是你要的:一扇絕不能盪開的厚重防火門、緩閉的鉸鏈、某些精密量測儀器。代價是遲鈍——超過臨界後阻尼加得越多,系統回歸越慢,因為所有那些阻力既抵抗振盪也同樣抵抗回家的路。所以「阻尼越大越安全」只對了一半:它換來無過衝,卻付出遲緩的代價。
x'' + 5 x' + 4 x = 0 分解出根 r = -1 與 r = -4,所以 x(t) = A e^(-t) + B e^(-4t);e^(-4t) 那項迅速消失,而緩慢的 e^(-t) 尾巴毫無振盪地把系統帶回家。
兩個實負根,兩個衰減指數,零振盪。
過阻尼不代表「緩慢回到某個非零位置」——它仍會完全回到靜止,只是不反彈。而且違反直覺地,把阻尼增加到超過臨界會使回歸變慢而非變快。
又稱
另見