진동계 (진동 시스템)

진동계 또는 진동 시스템은 그 시스템에 갖고 있는 잠재 에너지를 운동 에너지로 전환하거나 어떤 시스템이 갖고 있는 운동에너지를 잠재 에너지로 전환시키는 시스템을 의미한다. 이러한 현상을 단진자 운동으로 설명할 수 있다.

진동계를 구성하는 요소 중에서 질량 m은 관성요소, 스프링 상수 k는 강성요소, 댐핑 c는 감쇄요소라고 지칭한다. 관성 요소는 일반적으로 강체 요소(rigid body)를 말하는 것으로 물체의 속도가 변하게 되면 언제나 운동 에너지가 증가 또는 감소하게 된다.

뉴톤의 가속도 법칙에 따라 물체에 작용하는 힘은 물체의 질량(또는 관성)과 가속도(또는 각가속도)의 곱으로 표시된다. 물체에 가해진 일은 가해진 힘과 그 방향 변위의 곱으로 나타내며 받은 일은 운동 에너지의 형태로 저장되게 된다.

스프링 요소에 대해 살펴보기로 한다. 스프링의 양단에 작용하는 힘은 변형 이전의 자유길이에 대한 변형 후 상대길이와 스프링에 관련된 특수한 상수인 스프링 계수의 곱으로 표시된다.

스프...