Efekt blokady (fizyka)

Efekt lock-in to wzajemny wpływ słabo sprzężonych oscylatorów .

Pierwsza obserwacja

Efekt zamknięcia został prawdopodobnie po raz pierwszy zaobserwowany przez Christiaana Huygensa . W swojej książce Horologium Oscillatorium , opublikowanej w 1673 r. , Opisuje dziwne zjawisko, które zaobserwował w zegarach wahadłowych.

Został wykorzystany do nawigacji na statkach kardanowego zawieszonych zegary wahadłowe . W przypadku awarii zegarka, zwykle masz przy sobie dwa identyczne zegarki. Huygens zauważył teraz, że dwa zegary na takim statku były nie tylko mniej więcej takie same pod względem precyzji, ale także dokładnie takie same. Zawsze tykały w tej samej chwili. Nawet jeśli korespondencja została celowo zakłócona, wahadła zsynchronizowałyby się ponownie w krótkim czasie, w tym przypadku wahadła poruszały się w układzie przeciwsobnym (poza fazą, symetria lustrzana).

Zjawisko to wystąpiło tylko wtedy, gdy oba zegary były ustawione precyzyjnie. Jeśli jeden zegar działał znacznie szybciej niż drugi, nie zgadzali się.

Interpretacja Huygensa była taka, że ​​wibracja była przenoszona przez pręt, na którym zawieszono oba zegary. Jednak ruch belki był tak mały, że nie był widoczny.

Efekt ten zaobserwowano również w obserwatoriach na ich precyzyjnych zegarach wahadłowych, gdy wisiały na tej samej ścianie. Po obróceniu pionowej osi zegara o 90 stopni ta spontaniczna synchronizacja już nie występowała.

ogólny opis

Pod wpływem efektu lock-in

Przy różnicy częstotliwości między odłączonymi oscylatorami poniżej progu blokady, efekt blokady oznacza, że oba oscylują z tą samą częstotliwością, gdy są sprzężone. Próg zamknięcia zależy od wytrzymałości łącznika. Jeżeli różnica częstotliwości jest większa niż próg blokady, sprzężenie oscylatorów prowadzi do zmniejszenia różnicy częstotliwości.

Efekt ten występuje nie tylko przy wibracjach mechanicznych, ale także przy wszystkich innych wibracjach. Zjawisko to wykazują również elektryczne obwody oscylacyjne i rezonatory laserowe . W szczególności w przypadku żyroskopu laserowego dokładność jest zasadniczo ograniczona przez efekt blokady.

Różnica częstotliwości słabo sprzężonych oscylatorów wynosi

gdzie oznacza różnicę częstotliwości bez sprzężenia i próg blokady.

literatura

  • C. Huygens: Zegar wahadłowy - Horologium Oscillatorium, Ed .: A. Heckscher, A. v. Oettingen, Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig (1913) s. 24.
  • R. Rodloff: Czy istnieje super żyroskop optyczny? Z. Flugwiss. Eksploracja kosmosu 18 , 2-15 Springer-Verlag (1994).