مفهوم التذبذب
ينبغي تبسيط مفهوم التذبذب قبل الحديث عن تعريفه وشروطه والقانون الذي يعتمد عليه. والتذبذب يعني تغير ما في الحركة في شيء بشكل يتضمن تبادلا، ويوصف بأنه شيء يحركه الحركة. ويمكن للناس أن يصادفوا نفس مصطلح التذبذب بألفاظ أخرى مثل الهزاز أو التقلب، ولكن يفهمه الناس بشكل عام بعيدا عن المفهوم الفيزيائي.
وهو في النهاية إشارة إلى الحركة الغير مستقرة، وهو ما يشير إلى أن الحركة ذات مظهر مختلف وذلك أن الحركة التي تسير على شكل أو على خط يعتبر خط مستقيم، هي حركة منتظمة، وحركة متسارعة، وهذه الحركة التي نراها في شكل دائرة ويمكن التعرف عليه من خلال حركة البندول، حيث يمثل بوضوح تلك الفكرة.
وتعرف الذبذبات أو التذبذب بأنه واحدة من الحركات التي يتأرجع فيها جسم معين في اتجاه ذهاب وعودة، ويفسر أن كل شيء يوجد هو منطبق عليه وضع التذبذب، حتى ولو كان هذا التذبذب المذكور بشكل أقل من غيره، وتختلف قوة وسرعة الذبذبة فقد تكون قوية وقد تكون ذبذبات ضعيفة، وقد تكون ذبذبات سريعة، وقد تكون ذبذبات بطيئة.
أمثلة التذبذب
مثال على الاهتزاز الذي يحدث في الكون نفسه بشكل طبيعي، والذي يحدث بفعل حركة الأرض هو؛
- يحدث الزلزال عندما يحدث حركة اهتزازية لبعض الأجسام الصغيرة الموجودة في باطن الأرض.
- يحدث المد والجزر نتيجة الحركة التي تحدث في الأمواج في البحار، حيث يرتفع وينخفض الموج، مما يؤدي إلى حركة المد والجزر.
- عند حدوث اهتزاز في المركبات، يمكن أن يحدث انفجار في المحرك، وينتج أيضا صوت من اهتزاز الجسم.
تشكل بعض الذبذبات جزءًا من حياتنا اليومية ويمكن رؤيتها بوضوح وحقيقية في تفاصيل الحياة، حتى ولو لم نكن ندركها بهذا الشكل العلمي، ويشمل ذلك؛
- ان قمت بإحضار الملاحة ، والتي تكون مملوءة بالملح ومعدة بفتحات بشكل معين ليخرج من تلك الفتحات ذراع الملح ، هذه الأداة الخاصة بالملح تؤدي معها الذبذبات عملها بشكل واضح ، فلو أمسك الشخص بها وأراد إسقاط بعض ذرات الملح ، فإن كل ما عليه في هذه الحالة أن ينقر عليها ، مما ينتج عن تلك النقرة التحرك المتوقع للملح ، والأمر ذاته في يمكن أن يشاهده المرء في الشارع.
- أحيانا يمر الشخص في طريقه بعمال يقومون بأعمال خاصة بالطرق ، والإصلاحات وخلافه ، تجدهم يحملون آلات وأدوات معينة ، منها ما يلاحظ إنتاجها لذبذبات ، ويلاحظ أن هذه الذبذبات تقوم بمهمة ملفتة حيث تتسبب الذبذبات في كسر لطبقة الأرض التي يعملون عليها، وذلك بفضل الذبذبة ، وحتى في المجال الطبي ، فإن الذبذبات مستخدمة بشكل واضح في التعامل مع ألام العضلات.
قانون التذبذب وشروطه
عندما يتحرك جسم تحت تأثير قوة، وتكون هذه القوة نسبية بالنسبة للمسافة التي يتحرك بها الجسم عن موضع التوازن، والاتجاه نحو موضع التوازن، يطلق على هذا نوع الحركة اسم حركة بسيطة توافقية.
يمكن توضيح ذلك بمثال، إذا كان هناك جسم غير ثابت في بعد واحد وهو موجود على منضدة ملساء، وهناك نابض أو رفاص معلق في الجسم، والطرف الآخر معلق في الحائط، فإن مقياس الطول الخاص بالاتزان للنابض أو الرفاص، وأيضا الطول الحقيقي للنابض أو الرفاص في ثانية محددة، يتوقع أن يكون النابض أو الرفاص ملفوفا بشكل غير كامل عندما يكون في حالة الاتزان، سواء كان سالبا أو موجا.
في حال كان النابض موجبًا، فإنه سيؤثر بشكل قوي نحو اليسار، وإذا كان سالبًا، فسوف يؤثر بشكل كبير نحو اليمين، وبالتالي، يمكن التعبير عن قانون التذبذب بالصيغة F = -kx
التعامل مع التذبذب
كما سبق الإشارة إلى تعريف التذبذب وشروطه والقانون الذي ينطبق عليه، فإنه يتضح من خلاله أن التذبذب ليس دائما في صالح الناس. قد يتسبب التذبذب في مشاكل مختلفة سواء مع الآلات أو الأشخاص، وحجم تلك المشاكل يعتمد على معدل التذبذب وشدته. عند تجاوز حدود معينة، يتسبب ذلك في إلحاق الضرر بالأشخاص، وتسبب التذبذبات في الازعاج الصوتي وتشتيت الانتباه وشعور عدم الراحة أو الإزعاج.
تؤثر الذبذبات على حياة الإنسان وصحته ونشاطاته بشكل عام، ولذلك يجب تجنب الذبذبات الشديدة. وفيما يتعلق بالآلات، فإن الذبذبات الشديدة قد تؤدي إلى حدوث ضوضاء، ويمكن أن تتسبب في حدوث أعطال في الآلات، وصولاً إلى الكسر أو التآكل.
ولكن العلم لا يتوقف عند حد معين، فقد قام المختصون بالتفكير في الأساليب التي من الممكن عن طريق الاستعانة بها، أن يعملوا على الحد مما تحدثه الاهتزازات، والذبذبة، و من ذلك الاستعانة بمرونة مواد مثل النابض، كما أيضاً قاموا بإضافة عجلات تمتص حركة التذبذبات التي ربما تصادف المركبات في حالة السير على طريق غير ممهد، وفي الحقيقة فإن جهود المختصين في هذا الأمر مستمر مع كل آلة يسعون للعمل بها، أو يصنعوها من أجل حل مشكلة الذبذبات.
تصنيف الذبذبات
يمكن التعاطي مع الذبذبات بالمقياس الواصف لها باعتبار التردد أو باعتبار الاتساع، ويعرف الاتساع على أنه هو نسافة الجسم المتذبذب من مكان السكون، أما التردد فإنه هو العدد المحتسب لكامل الذبذبات، والتي يمكن للجسم أن يقطع تلك المسافة باعتبار وقت محدد، وهو في الأغلب يستخدم معه الثانية، ووحدة قياسه هرتز، ويمكن للبشر التعرف على صوت الذبذبات عندما يصل قدر التردد فيها بداية من عشرين، ووصولا إلى عشرين ألف هرتز.
يمكن تصنيف الاهتزازات إلى اهتزازات قسرية واهتزازات حرة، وذلك يعود إلى القوة التي تؤثر على الاهتزاز وتحافظ على استمراريته. يمكن توضيح ذلك بمثال من آلات الموسيقى، حيث تعتمد على الاهتزاز. على سبيل المثال، في الجيتار، يكون الاهتزاز حرا عند العزف، بينما في الكمان، يكون الاهتزاز قسريا ويحدث عندما يمر القوس على الوتر، وهذا لا يتوقف في حالة الكمان والجيتار. في الحقيقة، تعتمد معظم آلات الموسيقى على إنتاج الصوت الناتج عن الاهتزازات.
تعتبر العوامل الفيزيائية المشتركة هي التي تشارك في عملية التذبذب بعد تعريف التذبذب، وتتضمن هذه العوامل المتغيرات الفيزيائية مثل المسافة والسعة، وتخضع لشروط وقوانين محددة.