Wstęp

Zdjęcie a przedstawia drapacz chmur Comcast w Filadelfii, stan Pennsylvania. Rysunek b przedstawia przestrajalny masowy tłumik drgań. Ma on postać zbiornika z wodą zainstalowanego na szczycie budynku. Na każdym z końców zbiornika znajdują się pionowe kolumny, a między nimi a samym zbiornikiem są przegrody. Woda przemieszcza się w poziomie w komorze łączącej, w kierunku przeciwnym do wychylenia budynku, przepływa przez przegrody, a następnie w pionie wewnątrz kolumn.

Ilustracja 15.1 Zdjęcie po lewej stronie przedstawia budynek Comcast Center o wysokości około 305 metrów, który góruje nad panoramą Filadelfii w stanie Pensylwania. Górne piętra wieżowca mogą ulegać oscylacjom bocznym z powodu aktywności sejsmicznej i podmuchów wiatru. Natomiast po prawej stronie, znajduje się schematyczny rysunek przedstawiający przestrajalny masowy tłumik drgań w postaci kolumn z wodą o objętości 1100 m³. Zainstalowany na szczycie budynku układ zmniejsza amplitudę jego drgań.

Treść rozdziału

15.1 Ruch harmoniczny

15.2 Energia w ruchu harmonicznym

15.3 Porównanie ruchu harmonicznego z ruchem jednostajnym po okręgu

15.4 Wahadła

15.5 Drgania tłumione

15.6 Drgania wymuszone

Analizę drgań rozpoczynamy od oscylacji układów takich jak wahadła i sprężyny. Chociaż układy te mogą wydawać się dość proste, mają wiele praktycznych zastosowań. Interesującym przykładem jest Comcast Center w Filadelfii o wysokości około 305 metrów. Wysoki budynek można traktować jak odwrócone wahadło fizyczne, w którym najwyższe piętra odchylają się na skutek drgań sejsmicznych lub podmuchów wiatru. W budynku Comcast zastosowano masowy tłumik drgań (ang. mass damper) w celu zmniejszenia amplitudy jego oscylacji. Jest to umieszczony na szczycie zbiornik o objętości 1100 m³ z kolumnami wypełnionymi wodą. Kształt litery U sprawia, że woda w zbiorniku oscyluje z częstotliwością odpowiadającą częstotliwości drgań własnych budynku. Tłumienie zachodzi dzięki przegrodom regulującym wielkość turbulencji w przepływie wody.