vibrazione

Fisica

Genericamente, oscillazione di ampiezza relativamente piccola, e di frequenza relativamente grande. In fisica molecolare, le v. molecolari sono le oscillazioni compiute dagli atomi all’interno della molecola di cui fanno parte.

In fisica dello stato solido, sono dette v. reticolari le oscillazioni che compiono gli atomi di un cristallo attorno alle loro posizioni di equilibrio, cioè intorno ai punti nodali del reticolo cristallino; a tali v. si devono la propagazione delle onde elastiche e le proprietà di trasporto nei solidi, oltre a numerosi fenomeni ottici. Il termine è comunemente usato con riferimento a sistemi elastici, quindi, in particolare, nel caso più semplice, a un corpo puntiforme soggetto a forza elastica: un corpo puntiforme libero, P, che, inizialmente fermo in una certa posizione P_o, venga a essere sollecitato da una forza elastica di centro O≠P_o e d’intensità sufficientemente grande, prende a vibrare sulla retta OP_o descrivendo oscillazioni armoniche attorno alla sua posizione di equilibrio O governate dall’equazione:

[1] ẍ + ω²x = 0

ove x(t) è l’ascissa variabile di P, ẍ(t) la sua derivata seconda rispetto al tempo t e ω è una costante (➔ oscillatore). V. di questo tipo sono permanenti, nel senso che esse si ripetono indefinitamente con le medesime caratteristiche. Di fatto non si hanno mai v. permanenti a causa dell’inevitabile presenza di resistenze passive che ne provocano lo smorzamento, dando luogo a v. smorzate.

Ciò che vale per un corpo puntiforme vale anche per un sistema elastico qualsiasi (una campana, un diapason, una struttura metallica ecc.), purché, naturalmente, gli eventuali vincoli ai quali il sistema sia sottoposto gli consentano, sotto una conveniente sollecitazione esterna, di entrare in vibrazione. È da aggiungere che generalmente non si hanno, si tratti di corpo puntiforme o no, v. sinusoidali (o semplici o armoniche), come quelle che si determinano nel caso sopra considerato. Una v. non semplice, periodica, può sempre peraltro considerarsi, con uno sviluppo in serie di Fourier, come composta da un certo numero (eventualmente infinito) di v. semplici. Ci si è riferiti sin qui a v. libere, così chiamate in contrapposizione alle v. forzate, che si determinano quando alle azioni di richiamo elastiche agenti sul punto o sui singoli punti del corpo si sovrappongono altre forze. Se queste sono periodicamente variabili con il tempo, possono prodursi fenomeni di risonanza. A una schematizzazione analoga a quella del corpo puntiforme si perviene anche nel caso che valgano ipotesi più generali circa la natura del sistema. Numero quantico vibrazionale è quello relativo alla quantizzazione dell’energia di un oscillatore; la banda e la riga vibrazionale sono relative a transizioni radiative tra stati energetici diversi di v. interne molecolari (➔ spettroscopia).

Medicina

In fisioterapia, manovra massoterapica eseguibile imprimendo alla mano, applicata a piatto sui tegumenti, una specie di tremito; oppure mediante apparecchi, azionati da corrente elettrica, che imprimono v. meccaniche ai tessuti. Le v. hanno effetto sedativo o eccitante a seconda della loro frequenza e intensità.

La vibrocardiografia è lo studio delle v. prodotte dall’attività del cuore a livello precordiale, attuato tramite un trasduttore sospeso in prossimità della parete anteriore del torace, a sinistra dello sterno, che consente di registrare l’entità e la velocità degli spostamenti della regione precordiale a ogni contrazione cardiaca. Si chiama vibrocardiogramma il tracciato degli spostamenti antero-posteriori del torace in rapporto all’attività cardiaca.

Tecnica

Vibrometria

fig.

Si chiama vibrometria la tecnica per il rilevamento, la misurazione e la registrazione delle grandezze (ampiezza, frequenza ecc.) che caratterizzano le v. di un pezzo meccanico, di un particolare di una costruzione civile ecc. Un vibrometro di tipo ottico molto semplice è costituito da un riferimento solidale all’elemento vibrante, che riflette un raggio luminoso: dalla larghezza della striscia luminosa risultante (osservata tramite un oculare) si può risalire all’ampiezza della vibrazione. Poiché è difficile svincolare il supporto del vibrometro dall’elemento vibrante, si preferisce ricorrere a dispositivi analoghi ai sensori sismici dei sismografi: l’elemento sensibile (massa sismica, a in fig.) è collegato tramite una molla b e uno smorzatore c all’elemento vibrante e; se la frequenza propria del vibrometro è bassa rispetto a quella delle v., l’elemento sensibile è fermo e i suoi spostamenti indicati da δ rispetto al supporto d sono pari a quelli assoluti dell’elemento vibrante; nella pratica tale condizione si realizza difficilmente, in quanto la massa dell’elemento sensibile dovrebbe essere piuttosto elevata.

Se invece tale massa è molto piccola, e quindi la frequenza propria è elevata rispetto a quella delle v., gli spostamenti della massa stessa sono proporzionali alla sua accelerazione; il vibrometro diventa in tal caso un accelerometro e per risalire alle caratteristiche della v. si integra due volte (rispetto al tempo) la sua risposta; i tipi di accelerometri più usati per la misura delle v. sono quelli piezoelettrici.

V. del calcestruzzo

Nei lavori edilizi e stradali, la v. del calcestruzzo è un sistema adottato per il costipamento del calcestruzzo nelle casseforme, consistente nell’imprimergli delle v. di frequenza abbastanza alta, da 50 a 100 Hz e anche più: l’effetto è quello di fluidificare la massa, facilitando l’assestamento e la perfetta riempitura delle forme; inoltre la v. per la sua azione fluidificante permette di adottare percentuali d’acqua d’impasto minori, cioè calcestruzzi più asciutti, dando modo di ottenere resistenze finali elevate con dosature normali di legante. I vibratori sono costituiti da una massa dotata di moto alternativo rapidissimo, o da una massa eccentrica dotata di moto rotatorio. Il primo caso è quello dei vibratori pneumatici, che funzionano all’incirca come minuscoli martelli pneumatici (piatto o piastra vibrante); i vibratori rotativi sono invece generalmente elettrici, azionati da un motorino. Se la v. è esterna, cioè impressa alle casseforme, il vibratore viene applicato a queste o, per piccoli getti, anche a un tavolo vibrante sul quale i getti sono deposti. Se la v. deve invece essere interna alla massa di calcestruzzo, il vibratore, di varia forma a seconda delle applicazioni ad ago, a fuso, a stilo, è per lo più formato da un involucro cilindrico d’acciaio a tenuta ermetica che si immerge nel getto; nel cilindro sono contenute le masse eccentriche che, ruotando rapidamente, provocano la vibrazione.

Dispositivi vibroassorbenti

Sono dispositivi che servono a isolare un sistema da sollecitazioni dinamiche a carattere vibratorio. Gli elementi principali da cui sono costituiti – molle in acciaio, elementi di gomma o di neoprene stampati, piatti ondulati o nervati di materiali resilienti – sono spesso combinati tra loro e supportati con mezzi diversi a seconda delle varie applicazioni. Per ottenere l’isolamento i mezzi vibroassorbenti devono possedere una rigidezza inferiore a quella della struttura nel punto dove sono applicati e una frequenza propria molto inferiore alla minima frequenza di sollecitazione. Tra le applicazioni, rientra la produzione di calzature sportive (per es., per la corsa) provviste di inserti vibroassorbenti che consentono di attenuare le sollecitazioni dinamiche trasmesse al corpo dall’impatto del piede sul terreno.