ยินดีต้อนรับสู่โลกอันน่าทึ่งของกลศาสตร์การสั่นสะเทือน ในการใช้ชีวิตประจำวันของเรา การสั่นสะเทือนเกิดขึ้นได้ทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นการสั่นไหวของสายดนตรีซึ่งให้เสียงเพลงอันไพเราะแก่ผู้คน ไปจนถึงการแกว่งไปมาของลูกตุ้มนาฬิกาหรือแม้แต่การโหว่ของยอดต้นไม้ในลมเบาๆฟิสิกส์ได้สรุปปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนเหล่านี้ไว้เป็นรูปแบบการเคลื่อนที่พื้นฐานเดียว
เราเรียกการเคลื่อนที่ไปกลับในบริเวณตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งของวัตถุหรือส่วนหนึ่งของวัตถุว่าการสั่นสะเทือนทางกลศาสตร์ (mechanical vibration)โดยย่อว่าเป็นการสั่นสะเทือน
รูปที่ 2.2-1: แบบจำลองระบบสปริง-มวล (แนวระนาบ)
แบบจำลองเชิงทฤษฎี: ระบบสปริง-มวล
เพื่อศึกษาอย่างลึกซึ้ง เราจึงสร้างแบบจำลองทางฟิสิกส์ที่สมบูรณ์แบบขึ้นมา—ระบบสปริง-มวล (spring oscillator)ซึ่งประกอบด้วยลูกบอลขนาดเล็กและสปริงหนึ่งเส้น ในแบบจำลองนี้ เราได้ใช้การลดทอนทางวิทยาศาสตร์ดังนี้:
- ละเลยมวลของสปริง
- ละเลยแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสและแรงต้านอากาศ
ตำแหน่งสมดุล (equilibrium position) คือหัวใจของการศึกษา: เมื่อสปริงไม่มีการเปลี่ยนรูป แรงรวมที่กระทำต่อลูกบอลจะเป็น 0 ตำแหน่งนี้จึงกลายเป็นศูนย์กลางของการสั่นสะเทือน ไม่ว่าจะเป็นการลอยตัวของเครื่องหมายลอยน้ำ หรือลูกเหล็กแขวนตัวลงมาในแนวตั้ง พื้นฐานทางพลศาสตร์ของมันคือวัตถุจะได้รับแรงคืนกลับแรงคืนกลับที่มีทิศทางเข้าหาตำแหน่งสมดุลนี้เสมอ