機械與電學振動
臨界阻尼運動(critically damped motion)
想像一扇門裝了調得恰到好處的閉門器,使它以最快的速度關上,卻從不砰然作響也不回彈。那種剛好夠阻尼以扼殺所有振盪、卻一點也不多的刀鋒設定,就是臨界阻尼。它是「來回擺動」與「緩緩滲回」之間的分界線。
臨界阻尼是恰好 c^2 = 4 m k 的邊界情形(阻尼比 zeta = 1)。特徵方程有一個重實根 r = -c/(2m),所以解取特殊形式 x(t) = (A + B t) e^(rt)。多出來的 t 因子正是重根的標誌:運動至多穿越中心線一次,然後筆直衰減到靜止。沒有餘弦出現——完全沒有振盪——但它比任何阻尼更重的系統回歸得更快。
每當你想要某物快速而乾淨地安定下來,臨界阻尼就是工程師的甜蜜點:汽車避震器、槍的後座機構、類比儀表的指針,以及調校良好的控制系統,全都瞄準大致的臨界阻尼。實務上精確的臨界阻尼是不可能準確命中的刀鋒,所以設計者通常落在略為欠阻尼(一點快速過衝)或略為過阻尼(一點遲鈍),看應用能容忍哪一種。
x'' + 4 x' + 4 x = 0 有重根 r = -2,所以 x(t) = (A + B t) e^(-2t);從偏離中心處靜止釋放時,它毫無振盪地回到零,且盡可能快。
重根迫使出現 (A + B t) 的形式:最快回歸且無過衝。
臨界阻尼給出無過衝的最快回歸,但它是一條精確的刀鋒(恰好 zeta = 1)。真實系統永遠不會剛好臨界;這個詞描述的是一個目標,而非你能可靠維持的狀態。
又称
另见