Qual é o princípio da superposição?
Em física e engenharia, o princípio da superposição é a propriedade aditiva de qualquer função ou sistema linear. Dado o resultado calculado ou medido de uma variável de entrada, se uma ou mais variáveis adicionais separadas forem aplicadas simultaneamente, o resultado líquido resultante será igual à adição dos respectivos resultados individuais de cada variável. Em termos simples, seu conceito básico pode ser expresso da seguinte forma: se a entrada A resultar na saída X e a saída B da entrada for Y, a superposição de ambas as entradas A + B resultará na saída correspondente X + Y. Uma das razões para o termo "superposição" é que o princípio se aplica a um local e hora específicos. Dado o estado de mudança dos sistemas ativos, entrada e saída sobrepostas são eventos e medições posicionais.
O princípio de superposição pode ser aplicado a funções matemáticas lineares, como equações algébricas. Quando qualquer uma das variáveis de entrada é afetada por escalares, como os coeficientes constantes das equações quadráticas da matemática, diz-se que a função é linear e homogênea. Para o exemplo acima, se os escalares conhecidos 1 e 2 forem aplicados às variáveis de entrada 1A + 2B, a superposição será transferida para a saída 1X + 2Y. A saída combinada é frequentemente chamada de soma.
Muitos produtos, sistemas e processos mecânicos e elétricos são projetados para serem lineares. Se um botão girar no sentido horário, o volume aumenta correspondentemente. No entanto, em todos os dispositivos, exceto o mais simples, a maioria dos sistemas é complexa e afetada por muitas variáveis. Eles raramente são absolutamente lineares. Embora o princípio de superposição seja uma ferramenta conveniente e útil para modelar e analisar sistemas, é considerado apenas uma aproximação ideal das condições operacionais da vida real.
Entre os sistemas lineares que mais se beneficiaram da aplicação do princípio de superposição, estão aqueles que empregam energia das ondas. Som, luz e outras ondas de radiação eletromagnética também têm propriedades fortemente aditivas. A forma de uma onda em si pode ser descrita como uma equação linear. De acordo com o princípio, duas ou mais ondas de uma determinada altura ou amplitude, ocupando o mesmo espaço e tempo, se transformarão em uma única onda cuja amplitude é a soma das amplitudes das ondas constituintes originais. Da mesma forma, a luz do comprimento de onda da cor vermelha, quando sobreposta à do verde, será transformada de forma aditiva para um comprimento de onda correspondente à cor amarela.
Esse princípio de superposição é a tecnologia subjacente dos fones de ouvido com cancelamento de ruído. Um microfone analisa a forma de onda do som ambiente, como o ruído baixo de um motor de avião. Um alto-falante recria a mesma forma de onda e, antes de adicionar esse som ao sistema, ele é alterado na fase temporal. Quando a amplitude da onda sonora do motor atinge um valor representativo de 1, ela coincide com o valor mínimo do som adicionado, o valor equivalente a -1. O efeito da soma é zero.