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21.3 : 機械システム

機械システムは電気ネットワークに類似しており、バネや質量はそれぞれインダクタとコンデンサと同様の役割を果たします。機械システムの粘性ダンパーは電気ネットワークの抵抗器と同様に機能し、エネルギーを散逸します。このようなシステムで質量に作用する力には、運動方向への適用力と、バネ、粘性ダンパー、質量の加速度からの力との相殺が含まれます。この力の相互作用は、質量に作用するすべての力の合計がゼロでなければならないというニュートンによる運動の第 2 法則を使用して数学的に説明されます。

並進機械システムでは、動作は運動の法則から導かれる固有の微分方程式によって表されます。この方程式は、質量に作用するすべての力を説明します。システムを解析的に解くには、初期条件がゼロの状態でこの微分方程式にラプラス変換を適用します。強力な数学ツールであるラプラス変換は、時間領域の微分方程式をラプラス領域の代数方程式に変換します。この方程式を簡略化すると、システムの伝達関数が得られます。これは、出力応答を周波数領域で入力力に関連付ける重要な概念です。伝達関数は、システムの安定性と動的特性を分析するために不可欠です。

回転機械システムは並進システムと似ていますが、回転運動を伴います。これらのシステムでは、トルクが力に代わり、角変位が並進変位に代わり、回転慣性が質量に代わります。回転システムの類似の微分方程式は、ニュートンによる回転運動の法則を使用して同様に導出され、回転運動の挙動を記述します。この二次微分方程式にラプラス変換を適用して簡略化すると、回転システムの伝達関数が得られます。この関数は、並進システムの伝達関数が線形運動のダイナミクスを理解するのに役立つのと同様に、回転システムの動作に関する洞察を提供します。

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Mechanical SystemsElectrical NetworksSpringsMassesInductorsCapacitorsViscous DamperResistorNewton s Second LawTranslational SystemsDifferential EquationLaplace TransformTransfer FunctionSystem StabilityRotational SystemsTorqueAngular DisplacementRotational Inertia

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