Che cos'è la vibrazione casuale?
La vibrazione casuale è qualsiasi vibrazione che non segue uno schema. È presente in una certa misura in un'ampia varietà di sistemi meccanici ed elettrici. Sebbene le vibrazioni casuali non possano essere previste esattamente, le statistiche possono generare informazioni utili per gli ambienti di vibrazione. Le auto in autostrada e il lancio di missili sono due situazioni che possono affrontare intense vibrazioni casuali. Gli ingegneri utilizzano dati statistici per simulare questa vibrazione in laboratorio.
Spesso è possibile prevedere alcune probabilità di comportamento a vibrazione casuale. Ad esempio, se un'automobile sull'autostrada sta vibrando in modo casuale in direzione verticale, le sue posizioni future dal suolo non possono essere conosciute esattamente. La probabilità che l'auto sia al di sopra di una certa altezza, tuttavia, può essere prevista. Ciò è possibile perché il comportamento casuale segue una distribuzione normale o "curva a campana". Il comportamento di un tale sistema può essere analizzato con gli strumenti della statistica.
L'analisi statistica può fornire informazioni come il valore medio di molte misurazioni. Nell'esempio dell'auto, l'altezza media da terra può essere simile a 30,5 cm. In un campione sufficientemente ampio di misurazioni, le statistiche possono anche fornire deviazioni standard. Una deviazione standard è la distanza dal valore medio che contiene il 68,2% di tutti i punti dati. Per il test di vibrazione dell'auto, il 68,2% delle misurazioni dell'altezza può trovarsi a 2,54 cm (1 pollice) dall'altezza media.
Quando è stata calcolata la deviazione standard dei dati di test, gli ingegneri possono utilizzarlo per progettare prodotti. Le condizioni di vibrazione casuali su molte diverse autostrade sono simili, quindi i dati statistici sono abbastanza affidabili. Gli ingegneri utilizzano questi dati per replicare le condizioni di vibrazione in un laboratorio, dove è più semplice eseguire test su diversi design di prodotto.
Un'altra situazione che subisce vibrazioni casuali è il lancio di un razzo. I carichi utili del razzo avvertono un picco iniziale di vibrazione quando il motore si accende. Pochi secondi dopo, le vibrazioni provengono principalmente dalla combustione del motore. Dopo che il razzo ha superato la velocità del suono, le vibrazioni provengono principalmente dalle onde d'urto e dagli effetti aerodinamici sul veicolo. Successivamente, alcune vibrazioni possono derivare da piccoli propulsori che correggono l'orientamento del razzo.
Come con l'auto, i razzi e i loro carichi utili devono essere progettati per sopravvivere alle vibrazioni casuali. Gli ingegneri devono conoscere i dati statistici della vibrazione in modo da poter riprodurre queste condizioni in laboratorio. Sarebbe poco pratico lanciare un razzo di prova ogni volta che un nuovo progetto di carico utile doveva essere testato. Piuttosto, gli ingegneri posizionano i sensori sui razzi lanciati e quindi utilizzano questi dati in un secondo momento.