Vad är principen om superposition?

Inom fysik och teknik är principen om superposition tillsatsegenskapen för alla linjära funktioner eller system. Med tanke på det beräknade eller uppmätta resultatet av en inmatningsvariabel, om en eller flera separata, ytterligare variabler tillämpas samtidigt, kommer det resulterande nettoutfallet att vara lika med tillägget för varje variabelns respektive individuella resultat. Enkelt uttryckt kan dess grundläggande koncept uttryckas på följande sätt: om ingång A resulterar i utgång X, och ingång B: s utgång är Y, kommer superpositionen för båda ingångarna A + B att resultera i motsvarande utgång X + Y. En av orsakerna till termen ”superposition” är att principen gäller en specifik plats och tid. Med tanke på det aktiva systemets förändrade tillstånd är överlagrade ingång och utgång positionella händelser och mätningar.

Principen om superposition kan tillämpas på linjära matematiska funktioner, såsom algebraiska ekvationer. När någon av inmatningsvariablerna påverkas av skalor, till exempel med de konstanta koefficienterna för matematikens kvadratiska ekvationer, sägs funktionen vara både linjär och homogen. För exemplet ovan, om kända skalar 1 och 2 tillämpas på ingångsvariablerna 1A + 2B, överför superpositionen till utgången 1X + 2Y. Den kombinerade utgången kallas ofta summan.

Många mekaniska och elektriska produkter, system och processer är utformade för att vara linjära. Om en vred vrids medurs ökar volymen på motsvarande sätt. I alla utom de enklaste enheterna är de flesta system dock komplexa och påverkas av många variabler. De är sällan, absolut linjära. Även om principen om superposition är ett bekvämt och användbart verktyg för modellering och analys av system, betraktas det som en optimal tillnärmning av verkliga driftsförhållanden.

Bland de linjära system som har haft mest nytta av tillämpningen av superpositionprincipen är de som använder vågenergi. Ljud, ljus och andra elektromagnetiska strålningsvågor har också starkt tillsatsegenskaper. Formen på en våg i sig kan beskrivas som en linjär ekvation. Enligt principen kommer två eller flera vågor med en viss höjd eller amplitud som upptar samma utrymme och tid att förvandlas till en enda våg vars amplitud är summan av dess ursprungliga beståndsvågs amplituder. På liknande sätt omvandlas ljus av våglängden för färgen röd när det överlagras med grönt kommer att tillsättas till en våglängd motsvarande färgen gul.

Denna princip om superposition är den bakomliggande tekniken för hörlurar för brusavbrott. En mikrofon analyserar vågformen för omgivande ljud, till exempel den låga rumlen i en flygmotor. En högtalare återskapar samma vågform och innan den lägger till detta ljud i systemet flyttas den i temporär fas. När amplituden i motorns ljudvåg krossar med ett representativt värde på 1, sammanfaller det med det tillagda ljudets tråg, motsvarande värde -1. Deras summaffekt är noll.