振動








振動（しんどう、英: oscillation、vibration）とは、状態が一意に定まらず揺れ動く事象をいう。英語では、重力などによる周期が長い振動と、弾性や分子間力などによる周期の短い振動は別の語が充てられる[1]が、日本語では周期によらず「振動」という語で呼ばれる。周期性のある振動において、単位時間あたりの振動の数を振動数（または周波数）、振動のふれ幅を振幅、振動の一単位にかかる時間を周期という。


振動は、同じ場所での物質の周期的な運動であるが、物理学においてさまざまな現象の中に現れ、基本的な概念の一つとして扱われる。物理的にもっとも単純な振動は単振動である。また、振動する系はそれぞれ固有振動（数）をもつ。振動の振幅を減少させる要因がある場合には、振動が次第に弱まる減衰振動となる。外部から一定の間隔で力を与えることなどにより振動を引き起こすことを強制振動とよぶ。強制振動の振動数がその系の固有振動数に近い場合、共振（または共鳴とも）を引き起こす。古典物理学だけでなく、電磁気学では電気回路や電場・磁場の振動を扱い、またミクロな現象を扱う現代物理学などにおいても、振動は基本的な性質である。


波動現象は、振動が時間的変化にとどまらず空間的に伝わっていく現象であり、自然現象の理解になくてはならない基礎概念へと関連している。




目次






  • 1 公害としての振動


  • 2 事象の大きさによる分類


  • 3 数学における振動


  • 4 代表例


    • 4.1 力学


    • 4.2 量子力学


    • 4.3 熱力学


    • 4.4 気候と地球物理学


    • 4.5 化学


    • 4.6 電気回路


    • 4.7 音響


    • 4.8 光学と電磁気学


    • 4.9 生物学


    • 4.10 人体


    • 4.11 経済と社会


    • 4.12 その他




  • 5 脚注


  • 6 関連項目


  • 7 外部リンク





公害としての振動


物が振動すると、音や衝撃を発生させるため、強度の振動は構造物や人体に重大な影響として現れる。この振動が発生する原因としては、自動車や工事などの機械による振動や、地震などの自然原因による振動などがある。


日本では振動は環境基本法で定義されている公害のひとつであり、振動規制法によって規制される。主に、幹線道路や鉄道を走行する車両、工場の機械設備や土木建築現場の建設機械などの作動によって引き起こされ、周辺住宅などに与える振動は公害とみなされる。


また上記の公害とは別に、回転機器などにおいては、固有振動と一致すると共振によってより大きな振動となり破損にいたることもある。タコマナローズ橋の例が特に有名である。詳細は共振を参照。



事象の大きさによる分類




  • 振り子など、マクロな事象には古典力学で扱われる。自由振動などを参照。また、振動している物体からは音波が発生する。


  • 熱振動など、ミクロな事象は量子力学的に扱われる。結晶中の格子振動はフォノンとして、分子内の振動は振動準位として記述される。理論的には、調和振動子として近似的に扱われることも多い。不確定性原理に由来する振動は零点振動を参照。



数学における振動


数学においては、関数や数列の極限が定まらないとき、振動するという。極限やen:Oscillation_(mathematics)を参照。



代表例



力学



  • 二重振り子

  • フーコーの振り子

  • ヘルムホルツ共鳴器


  • 中性子星の拍動 (en:Neutron-star oscillations)（日震学と星震学）

  • 量子調和振動子

  • ブランコ

  • ねじり振動



量子力学


  • 振動準位


熱力学



  • 熱振動
    • 格子振動



気候と地球物理学



  • チャンドラー・ウォブル

  • エルニーニョ・南方振動

  • 成層圏準2年周期振動

  • 潮汐



化学



  • ベロウソフ・ジャボチンスキー反応


  • 水銀の鼓動 (en:Mercury beating heart)



電気回路



  • 交流


  • 発振回路

    • 水晶振動子

    • LC回路

    • RLC回路


    • アームストロング発振回路 (en:Armstrong oscillator)


    • ウィーン・ブリッジ発振回路 (en:Wien bridge oscillator)


    • オシリスター (en:Oscillistor)


    • 仮想陰極発振器 (en:Virtual Cathode Oscillator)

    • クラップ発振回路


    • コルピッツ発振回路 (en:Colpitts oscillator)


    • 遅延線発振回路 (en:Delay line oscillator)


    • 弛張型発振回路 (en:Relaxation oscillator)


    • バッカー発振回路 (en:Vačkář oscillator)

    • ハートレー発振回路


    • ピアース発振回路 (en:Pierce oscillator)


    • 非安定マルチバイブレータ (Astable multivibrator)


    • ブロッキング発振回路 (en:Blocking oscillator


    • ロイヤー発振回路 (en:Royer oscillator)





音響



  • スピーカー

  • マイクロフォン

  • 音叉


  • 弦の振動 (en:Vibrating string)

    • 弦楽器 (en:String instrument)




光学と電磁気学




  • レーザー（電磁場の1015{displaystyle 10^{15}}10^{{15}}Hzのオーダーでの振動）


  • 戸田振動子 (en:Oscillator Todaまたは自励発振 (en:self-pulsation)（104{displaystyle 10^{4}}10^{{4}}Hz -- 106{displaystyle 10^{6}}10^{{6}}Hzの周波数を出力にもつパルスレーザー発振）


  • 量子振動子 (en:Quantum oscillator) は量子光学において光学的な局部発振器を指すことがある



生物学



  • 概日リズム


  • 解糖振動 (glycolytic oscillations)

  • 捕食者と被食者の増減関係


  • 神経振動子 (en:Neural oscillations)



人体



  • 脳波

  • 心拍


  • インスリン振動 (en:Insulin release oscillations)


  • パイロット誘起振動 (en:Pilot-induced oscillation)

  • 発声



経済と社会



  • 景気循環

  • ジェネレーションギャップ


  • マルサス経済学

  • en:24-hour news cycle





その他


  • 力学的な意味で振動が起こっているわけではないが、振動という語が使用される物理現象としては、ニュートリノ振動がある。


脚注





  1. ^ Webster Dictionary, 1913[1]




関連項目



  • 物理学

    • 強制振動

    • 単振動

    • 零点振動

    • 調和振動子

    • 熱振動

    • 格子振動

    • 共振

    • 減衰

    • 振動準位



  • 波動

  • 地震


  • バイブレータ - 振動を生み出す機器

  • 振動発電

  • その他振動現象についてはCategory:振動と波動を参照


  • 音 - 騒音 - 低周波音
    • リズム


  • 騒音・振動・ハーシュネス


  • 公害防止管理者 - 建築物環境衛生管理技術者

  • 緩衝材


  • 臨界速度 (en:Critical speed)

  • 高速フーリエ変換


  • 機械的共振 (en:Mechanical resonance)


  • モード解析 (en:Modal analysis)


  • モード形 (en:Mode shape)

  • 共振器


  • 量子振動 (en:Quantum vibration)


  • 不規則振動 (en:Random vibration)


  • 衝撃 (Shock)

  • 建築

    • 制振

    • 免震

    • 耐震


    • 基礎免震 (en:Base isolation)

    • 構造力学


    • 振動解析 (en:Vibration analysis)


    • 防振 (en:Vibration-isolation)


    • 構造的安定性 (en:Structural stability)




  • 振動絶縁 (en:Vibration control)


  • 全身振動 (en:Whole body vibration)

  • 有界入力有界出力安定性


  • 臨界速度 (en:Critical speed)

  • フィードバック


  • 周期関数 - 振動を数式で表す際に用いる


  • 発振器位相雑音 (Phase noise)


  • 季節性 (en:Seasonality)（季節性情動障害など）


  • 信号発生器 (en:Signal generator)

  • ストレンジアトラクター


  • 同調質量ダンパー (en:Tuned mass damper)



外部リンク



  • 振動規制法

  • 『振動の世界』 - NPO法人・科学映像館Webサイトより



1971年、神鋼電機（現・シンフォニア テクノロジー）の企画の下で東京文映が制作した短編映画《現在、上記サイト内に於いて無料公開中》。







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