mns2012

У меня на подоконнике стоит фигурка китайчонка с встроенной солнечной батарейкой. Когда солнце начинает ярко светить, фигурка сама собою начинает раскачиваться. Принцип действия такого маятника понятен: автоколебательная система с положительной обратной связью. Но почему он начинает сам собой раскачиваться? Причем стабильно. Даже когда нет никаких ощутимых индуцирующих колебаний опоры, движения воздуха и пр. механических воздействий, которые могли бы вывести маятник из равновесия.

Интересно понаблюдать, с одной и той же стороны начинаются колебания или с обеих? И более интересный вопрос: является ли спонтанное начало колебаний иллюстрацией локальной анизотропии, состоящей в том, что всегда есть хотя бы малое отклонение от равновесия в самой системе или в её окружении? Ведь всё время на микроуровне происходят всякие флуктуации плотности, температуры, давления и мало ли что ещё... Правда, тут ещё вопрос, насколько чувствительна автоколебательная система к этим флуктуациям. В данном случае, скорее всего, это не флуктуации, а всё-таки слабо ощутимые механические воздействия, какой-нибудь микродисбаланс маятника и т.п.

UPD. Сегодня пасмурно и энергии явно недостаточно для устойчивого автоколебательного режима. Но он всё равно подёргивается. Подёргивания начинаются с одной и той же стороны и быстро затухают. Потом снова начинаются и затухают. И т.д.

Gemini пояснил мои наблюдения так:

Асимметрия

То, что движение всегда начинается с одной стороны, действительно говорит о локальной асимметрии в вашей фигурке. Это может быть связано с:

Конструкцией: Небольшие допуски при производстве, неравномерное распределение веса маятника или его неидеальное выравнивание могут привести к тому, что ему легче отклониться в одну сторону.

Системой обратной связи: Датчик или электромагнитный привод могут быть настроены так, что они более чувствительны к движению в одном направлении, что приводит к более эффективному первому толчку именно в эту сторону.

Таким образом, даже в пасмурную погоду вы наблюдаете проявление принципов автоколебаний, но в затухающем режиме, что подчеркивает важность энергетического баланса для стабильной работы системы.

На моё предположение, что поведение этой автоколебательной системы может говорить о фундаментальной асимметрии мира, Gemini ответил так:

Является ли это иллюстрацией асимметрии/анизотропии?

Выдвинутая вами идея очень интересна и в какой-то степени верна. Тот факт, что колебания могут начаться с одной стороны, не является иллюстрацией глобальной асимметрии мира. Это, скорее, свидетельство локальной асимметрии системы и её окружения:

Расположение солнечной батареи: Если она ориентирована не идеально симметрично, то одностороннее освещение может вызвать неравномерное распределение энергии и, как следствие, толчок в определённом направлении.

Конструкция привода: Внутренний механизм может иметь микроскопические допуски и не быть абсолютно симметричным, что приводит к предпочтительному направлению начального толчка.

Направление флуктуаций: Флуктуации (будь то тепловые или вибрационные) в момент запуска могут иметь преобладающее направление.

Всё это — проявления анизотропии, но не в фундаментальном, а в прикладном смысле. Это показывает, что реальные физические системы редко бывают идеально симметричными, и их поведение зависит от конкретных условий и микроскопических особенностей.

Таким образом, спонтанное движение китайской фигурки — это не магия и не иллюстрация глобальной асимметрии, а прекрасный пример того, как слабые, неощутимые воздействия и локальная анизотропия запускают работу чувствительной автоколебательной системы.

Ещё примеры автоколебаний:

флаттер парусов и оснастки;

продольные колебания упругой ленты для опоры рук на движущемся эскалаторе (засчёт чего она периодически "выстреливает" и перемещается по направлению движения относительно держащегося за неё человека);