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Vibração, movimento periódico de marcha atrás e para a frente das partículas de um corpo elástico ou meio, normalmente resultante quando quase qualquer sistema físico é deslocado da sua condição de equilíbrio e permitido responder às forças que tendem a restabelecer o equilíbrio.
Vibrações dividem-se em duas categorias: livres e forçadas. Vibrações livres ocorrem quando o sistema é momentaneamente perturbado e depois é permitido mover-se sem restrições. Um exemplo clássico é dado por um peso suspenso de uma mola. Em equilíbrio, o sistema tem energia mínima e o peso está em repouso. Se o peso for puxado para baixo e libertado, o sistema responderá vibrando verticalmente.
As vibrações de uma mola são de um tipo particularmente simples conhecido como movimento harmónico simples (SHM). Isto ocorre sempre que a perturbação do sistema é contrariada por uma força restauradora que é exactamente proporcional ao grau de perturbação. Neste caso, a força restauradora é a tensão ou compressão na mola, que (de acordo com a lei de Hooke) é proporcional ao deslocamento da mola. Em movimento harmónico simples, as oscilações periódicas são da forma matemática chamada sinusoidal.
p>Os sistemas que sofrem pequenas perturbações contrariam-nas, exercendo alguma forma de força de restauração. É frequentemente uma boa aproximação supor que a força é proporcional à perturbação, de modo que o SHM é, no caso limitativo de pequenas perturbações, uma característica genérica dos sistemas vibrantes. Uma característica do SHM é que o período da vibração é independente da sua amplitude. Tais sistemas são, portanto, utilizados na regulação de relógios. A oscilação de um pêndulo, por exemplo, aproxima-se do SHM se a amplitude for pequena.
ficção>Explorar a detecção de vibrações em edifícios
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Uma característica universal da vibração livre é o amortecimento. Todos os sistemas estão sujeitos a forças friccionais, e estas vão-se desgastando constantemente a energia das vibrações, fazendo com que a amplitude diminua, geralmente exponencialmente. O movimento nunca é, portanto, precisamente sinusoidal. Assim, um pêndulo oscilante, deixado sem movimento, acabará por regressar ao repouso na posição de equilíbrio (energia mínima).
Vibrações forçadas ocorrem se um sistema for continuamente conduzido por uma agência externa. Um exemplo simples é o balanço de uma criança que é empurrado em cada declive. De especial interesse são os sistemas submetidos a SHM e conduzidos por forçagem sinusoidal. Isto leva ao importante fenómeno da ressonância. A ressonância ocorre quando a frequência de condução se aproxima da frequência natural das vibrações livres. O resultado é uma rápida absorção de energia pelo sistema vibratório, com um consequente crescimento da amplitude da vibração. Em última análise, o crescimento da amplitude é limitado pela presença de amortecimento, mas a resposta pode, na prática, ser muito grande. Diz-se que os soldados que marcham através de uma ponte podem criar vibrações ressonantes suficientes para destruir a estrutura. Existe folclore semelhante sobre cantores de ópera que estilhaçam copos de vinho.
Vibrações eléctricas desempenham um papel importante na electrónica. Um circuito contendo tanto indutância como capacitância pode suportar o equivalente eléctrico de SHM envolvendo fluxo de corrente sinusoidal. A ressonância ocorre se o circuito for impulsionado por corrente alternada que é combinada em frequência com a das oscilações livres do circuito. Este é o princípio por detrás da afinação. Por exemplo, um receptor de rádio contém um circuito, cuja frequência natural pode ser variada. Quando a frequência corresponde à do emissor de rádio, ocorre ressonância e uma grande corrente alternada dessa frequência desenvolve-se no circuito. Desta forma, os circuitos de ressonância podem ser usados para filtrar uma frequência de uma mistura.
Em instrumentos musicais, o movimento das cordas, membranas e colunas de ar consiste numa sobreposição de SHM’s; em estruturas de engenharia, as vibrações são uma característica comum, embora geralmente indesejável. Em muitos casos, os movimentos periódicos complicados podem ser entendidos como a sobreposição de SHM em muitas frequências diferentes.