Кіріспе

Динамикалық жүйенің тербеліс қозғалысының үлгісі – жүйенің барлық бөліктерінің бірдей жиілікпен және белгілі бір фазалық қатынаста синусоидальды қозғалыс жасауы. Қалыпты режимдермен сипатталатын еркін қозғалыс белгілі жиіліктерде жүзеге асады. Жүйенің қалыпты режимдерінің осы белгілі жиіліктері оның табиғи жиіліктері немесе резонанстық жиіліктері деп аталады. Ғимарат, көпір немесе молекула сияқты физикалық объектінің қалыпты режимдер жиынтығы және олардың табиғи жиіліктері оның құрылымына, материалдарына және шекаралық шарттарына байланысты. Сызықтық жүйенің ең жалпы қозғалысы – оның қалыпты режимдерінің суперпозициясы. Режимдер қалыпты болып саналады, себебі олар тәуелсіз қозғала алады, яғни бір режимге әсер еткенде екінші режим қозғалмайды. Математикалық тұрғыдан алғанда, қалыпты режимдер бір-біріне ортогональды болады.

Режим нөмірлері

Дірілдің түрі модальді жиілікпен және пішінмен сипатталады. Ол дірілдегі жарты толқындар санына сәйкес нөмірленеді. Мысалы, егер екі ұшы бекітілген дірілдейтін балка синустық толқынның жартысын (дірілдейтін балкадағы бір шыңы) көрсетсе, ол 1-түрде дірілдейді. Егер оның толық синустық толқыны (бір шыңы және бір ойысы) болса, ол 2-түрде дірілдейді. Суреттегі диск сияқты екі немесе одан көп өлшемді жүйеде әрбір өлшемге түр нөмірі беріледі. Полярлық координаттарды қолданып, бізде радиалдық және бұрыштық координаттар болады. Егер радиалдық координата бойынша ортадан сыртқа қарай өлшенсе, толық толқынға тап боласыз, сондықтан радиалдық бағыттағы түр нөмірі 2. Екінші бағыт күрделірек, себебі дискінің тек жартысы ғана дискінің бұрыштық бағыттағы дірілісінің антисимметриялық (сонымен қатар қисайған симметрия деп аталады) сипатына байланысты қарастырылады. Осылайша, бұрыштық бағытта 180° өлшеу арқылы жарты толқынға тап боласыз, сондықтан бұрыштық бағыттағы түр нөмірі 1. Демек, жүйенің түр нөмірі 2–1 немесе 1–2 болады, қай координата "бірінші", ал қайсысы "екінші" координата болып саналады, соған байланысты (сондықтан әр түр нөмірінің қай координаталық бағытқа сәйкес келетінін көрсету маңызды). Сызықтық жүйелерде әрбір түр басқа барлық түрлерден толығымен тәуелсіз. Жалпы, барлық түрлерде әртүрлі жиіліктер (төменгі түрлерде жиіліктері төмен) және әртүрлі пішін түрлері болады.

Тораптар

Бір өлшемді жүйеде белгілі бір режимде тербелістің түйіндері болады, яғни орын ауыстыруы әрқашан нөлге тең болатын жерлер. Бұл түйіндер режимдік пішіндегі нүктелерге сәйкес келеді, онда режимдік пішіннің мәні нөлге тең. Жүйенің тербелісі режимдік пішіннің уақыт функциясына көбейтілуімен берілгендіктен, түйін нүктелерінің орын ауыстыруы кез келген уақытта нөл болып қалады. Екі өлшемді жүйеге кеңейтілгенде, бұл түйіндер орын ауыстыруы әрқашан нөл болатын сызықтарға айналады. Жоғарыдағы анимацияны қарасаңыз, шет пен ортасының арасындағы және шеттегі бір-бір шеңбер, сондай-ақ дискіні екіге бөлетін түзу сызық көресіз, онда орын ауыстыру нөлге жуық. Идеалды жүйеде бұл сызықтар оң жақта көрсетілгендей нақты нөлге тең болады.

Кванттық механикада

Кванттық механикада жүйенің күйі Шредингер теңдеуін шешетін толқын функциясымен сипатталады. Толқын функциясының абсолют шамасының квадраты, яғни |Ψ(x,t)|², t уақытында x орнында бөлшекті өлшеудің ықтималдық тығыздығын көрсетеді. Әдетте, егер жүйеде қандай да бір потенциал болса, толқын функциясы энергиялық өзіндік күйлердің суперпозициясына жіктеледі, олардың әрқайсысы ω жиілігімен тербеледі. Сондықтан, мынаны жазуға болады: Ψ(x,t) = Σ cₙψₙ(x)e⁻ⁱωₙt. Өзіндік күйлер ортонормальдық базистен асып, физикалық мағынаға ие. Жүйенің энергиясы өлшенгенде, толқын функциясы өзіндік күйлерінің біріне дейін ыдырайды, сондықтан бөлшектің толқын функциясы өлшенген энергияға сәйкес келетін таза өзіндік күймен сипатталады.

Сейсмологияда

Жерде қалыпты режимдер ірі жер сілкіністерінен туындаған ұзақ толқынды сейсмикалық толқындардың араласуынан пайда болады, осылай тұрған толқындар құрылады. Эластикалық, изотроптық, гомогенді сфера үшін шар тәрізді, тор тәрізді және радиалдық (немесе тыныс алу) режимдер пайда болады. Шар тәрізді режимдерде тек P және SV толқындары болады (Рейли толқындары сияқты) және олар овертон саны n және бұрыштық рет l-ге тәуелді, бірақ азимутальдық рет m бойынша дегенерацияға ие. l-ді арттыру негізгі тармақты бетке жақын шоғырландырады, ал l-дің үлкен мәндерінде бұл Рейли толқындарына жақындайды. Тор тәрізді режимдерде тек SH толқындары (Love толқындары сияқты) болады және олар сұйық сыртқы ядрода кездеспейді. Радиалдық режимдер – l=0 болғандағы шар тәрізді режимдердің бір бөлігі. Жерде дегенерация болмайды, себебі ол айналу, эллиптикалық пішін және 3D гетерогенді жылдамдық пен тығыздық құрылымымен бұзылады. Әрбір режимді бөліп қарастыруға болады, бұл өзін-өзі байланыстыру жуықтауы, немесе жиілігі жақын көптеген режимдер резонансқа түседі, бұл қиылысқан байланыстыру жуықтауы. Өзін-өзі байланыстыру тек фазалық жылдамдықты өзгертеді, бірақ үлкен шеңбер бойындағы толқындар санын өзгерте алмайды, нәтижесінде тұрған толқынның пішіні созылады немесе қысқарады. Модальдық қиылысқан байланыстыру Жердің айналуынан, шар емес серпімді құрылымнан немесе Жердің эллиптикалық пішінінен туындайды және негізгі шар тәрізді және тор тәрізді режимдердің араласуына әкеледі.