
「阻尼」(damping)是重要的物理現象,這個單元,就來討論一下,甚麼是「阻尼」?
首先,由圖示實體結構的「質塊-彈簧系統」,假設「質塊」吊掛在「彈簧」的下方,如果,對這個質塊往下拉一個距離,然後釋放開質塊,當然,質塊會來回的振盪,如圖示(A)、(B)、(C)三種振盪的狀態:
1.
(A)狀態:質塊呈現來回振盪,完全沒有衰減的現象,也就是質塊來回不停歇的振盪。
2.
(B)狀態:質塊在來回振盪時,每一個來回振盪,質塊的振盪幅度,逐漸變小,可以預期,質塊最後將趨近於不振盪的靜止狀態。
3.
(C)狀態:此狀態與(B)相似,不過呢,質塊的振盪幅度,衰減的速度比(B)狀態,還要快,可以預期,質塊比較快趨近於不振盪的靜止狀態。
在這裡,請讀者猜看看,「質塊」的振盪狀態,會是以上(A)、(B)、(C)三種振盪狀態的哪一種呢?提出一些思考討論如下:
1.
因為,有空氣阻力:質塊會受到空氣阻力的效應,所以,會是(B)或(C)的振盪狀態。
2.
如果,質塊-彈簧系統是在水中:質塊在水中,受到的阻力,會更大,因此,(B)可能是在空氣中振盪狀態,而(C)就是在水中的振盪狀態。
3.
如果,在真空狀態:當沒有空氣或水的阻力,質塊的振盪,是否就是(A)狀態,來回振盪的不停呢?為免誤導,在此先說明,不是的,就算在真空中,質塊的來回振盪,也是會逐漸衰減其振盪幅度,最後,還是會趨近於不振盪的靜止狀態。
以上由「阻力」的角度,分別從「在空氣中」、「在水中」、及「在真空中」來看「質塊」的運動振盪狀態,是很好的思考出發點。
甚麼是「阻尼」(damping)?簡單的說:「阻尼」(damping)是一種消耗能量的機制。一般材料本身都有「阻尼效應」。從「微觀」角度來說,可以想像一個材料構件,因為結構體的變形,使得材料分子之間有摩擦,而產生磨擦的能量損失,即為「阻尼效應」。
在此「質塊-彈簧系統」,質塊往下拉伸的來回振盪運動行為,可以討論如下:
1.
質塊是剛體(rigid...