機械與電學振動
純共振(pure resonance)
取一個理想化的無摩擦振子,恰好以它自己的自然頻率驅動,且沒有阻尼來放掉能量。如今每一次推都完美地踩準時機,注入比上一次更多的能量,而沒有任何東西移除它。擺幅不會安定到固定大小——它增長、再增長、無止盡地增長。這種失控、越來越大的振盪就是純共振。
數學上純共振是特殊情形 m x'' + k x = F_0 cos(omega_0 t),無阻尼(c = 0)且驅動頻率恰好等於自然頻率 omega_0 = sqrt(k/m)。一般的穩態公式失效,因為其分母 (k - m omega^2) 變成零。特解改而多出一個 t 因子:x_p(t) = (F_0 / (2 m omega_0)) t sin(omega_0 t)。那個 t 因子就是全部的關鍵——振幅隨時間線性增長,振盪永遠每個週期都更大。
純共振是沒有任何真實系統能達到的理想化,因為每個真實系統都有些阻尼,而那阻尼最終總會平衡能量輸入,把振幅封在一個大但有限的峰(普通共振)。儘管如此,純共振是理解共振為何危險的正確心智模型:它是真實的峰在阻尼縮小時所趨近的極限情形。其標誌指紋就是前面那個 t——每當強迫匹配無阻尼系統的某個自然頻率,解就線性增長而非保持有界。
x'' + 4 x = cos(2t) 以無阻尼系統自身的頻率(omega_0 = 2)驅動它;解是 x(t) = (1/4) t sin(2t),其包絡 ±(1/4)t 無上界地張開。
sin(2t) 前面的 t 因子正是純共振的標誌:線性、無上界的增長。
線性無上界增長只是理想化無阻尼模型的性質。在任何真實系統中,阻尼(以及振幅變大時最終的非線性效應)會封住增長——純共振是警世的極限,而非橋樑實際的行為。
又称
另见