Frecvenţe naturale
Pentru orice structură fizică se poate crea un model fizic compus din mai multe resorturi elastice, mase rigide şi amortizoare. Amortizoarele absorb energia, pe când resorturile şi masele nu. După cum am văzut anterior, un resort elastic şi o masă rigidă interacţionează pentru a forma un sistem care rezonează la o frecvenţă naturală caracteristică.
În cazul în care unui sistem mecanic de tip resort elastic – masă rigidă i se imprimă o anumită energie, acesta va vibra la frecvenţa sa naturală, iar nivelul de vibraţii pe care le va dezvolta acest sistem mecanic va depinde de intensitatea energiei imprimate sistemului, precum şi de absorbţia sau amortizarea inerentă din sistem.
Frecvenţa naturală a unui sistem neamortizat resort-masă este dat de ecuaţia următoare:
unde Fn = Frecvenţa naturală
k = modulul de elasticitate a resortului
m = masa rigidă
De aici rezultă că frecvenţa naturală a sistemului mecanic va creşte direct proporţional cu rigiditatea sistemului, şi va scădea invers proporţional cu creşterea masei rigide. Dacă sistemul mecanic este amortizat, ceea ce se întâmplă de fapt la toate sistemele mecanice, frecvenţa sa naturală va fi puţin mai mică, şi va depinde de amortizare.
Multitudinea de sisteme simple de tip masă – resort - amortizor care alcătuiesc un sistem mecanic complex se numesc „grade de libertate”, iar cantitatea de energie de vibraţie transferată unei maşini se va distribui între grade de libertate în cantităţi care depind de frecvenţele lor naturale, de amortizare şi de frecvenţa sursei de energie. Din acest motiv, vibraţia nu va fi uniform distribuită tuturor componentelor maşinii.
De exemplu, la o maşină acţionată de un motor electric, o sursă majoră de energie de vibraţie o reprezintă dezechilibrul rezidual al rotorului motorului. Acest lucru va duce la dezvoltarea unei vibraţii măsurabile pe lagărele motorului. Dar dacă maşina are un grad de libertate cu o frecvenţă naturală apropiată de turaţia rotorului, nivelul său de vibraţie poate fi foarte mare, chiar dacă nu este situată foarte aproape de motor.
Este important să ţineţi cont de aceste aspecte la evaluarea vibraţiilor maşinii, deoarece locaţia cu nivel maxim de vibraţii nu trebuie să fie neapărat şi cea mai apropiată de sursa de vibraţii. Energia de vibraţii se propagă frecvent pe distanţe mari de-a lungul conductelor şi poate face ravagii atunci când întâlneşte o structură aflată la distanţă de sursa de vibraţii, dar care are o frecvenţă naturală apropiată cu cea a sursei.