СИНХРОНИЗА́ЦИЯ КОЛЕБА́НИЙ И ВОЛН

СИНХРОНИЗА́ЦИЯ КОЛЕБА́НИЙ И ВОЛН, со­гла­со­ва­ние рит­мов ав­то­ко­ле­ба­тель­ных или ав­то­вол­но­вых сис­тем в ре­зуль­та­те их сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия или внеш­не­го воз­дей­ст­вия. В ре­зуль­та­те С. к. и в. перио­ды ко­ле­ба­ний двух (или боль­ше­го чис­ла) сис­тем, ко­то­рые пер­во­на­чаль­но бы­ли раз­ны­ми, ста­но­вят­ся иден­тич­ны­ми. Час­то при опи­са­нии син­хро­ни­за­ции пе­рио­дич. ав­то­ко­ле­ба­ний го­во­рят о «за­хва­ты­ва­нии час­то­ты» или о «за­хва­ты­ва­нии фа­зы». В совр. тео­рии не­ли­ней­ных ко­ле­ба­ний тер­мин «С. к. и в.» при­ме­ня­ют не толь­ко к пе­рио­дич. ав­то­ко­ле­ба­ни­ям, но и к лю­бым ав­то­ном­ным дис­си­па­тив­ным сис­те­мам с пе­рио­дич. ди­на­ми­кой, напр. к ро­та­то­рам. В обоб­щён­ном смыс­ле го­во­рят так­же о разл. ви­дах син­хро­ни­за­ции хао­тич. ко­ле­ба­ний.

Во 2-й пол. 17 в. Х. Гюй­генс впер­вые опи­сал син­хро­ни­за­цию не­сколь­ких ма­ят­ни­ко­вых ча­сов, под­ве­шен­ных на об­щей бал­ке, в ре­зуль­та­те сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия че­рез ко­ле­ба­ния бал­ки. В 19 в. лорд Рэ­лей опи­сал син­хро­ни­за­цию ор­ган­ных труб. Тео­рия С. к. и в. на­ча­ла раз­ви­вать­ся в 1920-х гг. по­сле об­на­ру­же­ния син­хро­ни­за­ции ко­ле­ба­ний двух ра­дио­ге­не­ра­то­ров.

В ос­но­ве яв­ле­ния С. к. и в. ле­жит тот факт, что, в от­ли­чие от ам­пли­ту­ды ав­то­ко­ле­ба­ний, ко­то­рая при ог­ра­ни­чен­ном во вре­ме­ни воз­дей­ст­вии воз­вра­ща­ет­ся к ис­ход­но­му зна­че­нию, фа­за ав­то­ко­ле­ба­ний сдви­га­ет­ся, и ко­ле­ба­ния про­дол­жа­ют­ся со сдви­ну­той фа­зой. В ре­зуль­та­те да­же очень ма­лое по­сто­ян­но дей­ст­вую­щее воз­му­ще­ние мо­жет силь­но сдви­нуть фа­зу. Пе­рио­дич. воз­дей­ст­вие на ав­то­ко­ле­ба­ния мо­жет пол­но­стью за­хва­тить фа­зу, так что ав­то­ко­ле­ба­тель­ная сис­те­ма бу­дет иметь пе­ри­од внеш­ней си­лы, а не свой соб­ст­вен­ный. Это на­зы­ва­ют внеш­ней син­хро­ни­за­ци­ей, а об­ласть па­ра­мет­ров внеш­ней си­лы (её ам­пли­ту­да и час­то­та), в ко­то­рой на­блю­да­ет­ся за­хват, – «язы­ком» син­хро­ни­за­ции. При­мер син­хро­ни­за­ции внеш­ней си­лой – под­строй­ка внутр. рит­ма жи­вых ор­га­низ­мов под 24-ча­со­вой ритм из­ме­не­ния ос­ве­щён­но­сти. В тех­ни­ке ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся син­хро­ни­за­ция ча­сов с по­мо­щью спец. ра­дио­сиг­на­лов, ис­точ­ни­ком для ко­то­рых слу­жат атом­ные ча­сы, а так­же спут­ни­ко­вые сис­те­мы по­зи­цио­ни­ро­ва­ния (GPS и ГЛОНАСС).

Кро­ме внеш­ней, су­ще­ст­ву­ет вза­им­ная син­хро­ни­за­ция двух взаи­мо­дей­ст­вую­щих ав­то­ко­ле­ба­тель­ных сис­тем. При этом раз­ли­ча­ют ре­жи­мы син­хро­ни­за­ции в фа­зе (напр., ко­гда ма­ят­ни­ки двух син­хро­ни­зо­ван­ных ча­сов от­кло­ня­ют­ся в од­ну и ту же сто­ро­ну) и в про­тиво­фа­зе, ко­гда ма­ят­ни­ки от­кло­ня­ют­ся в про­ти­во­по­лож­ные сто­ро­ны.

Ес­ли взаи­мо­дей­ст­ву­ет боль­шое ко­ли­че­ст­во ав­то­ко­ле­ба­тель­ных сис­тем, по­яв­ля­ет­ся кол­лек­тив­ный ритм, с ко­то­рым син­хро­ни­зу­ет­ся зна­чит. часть отд. сис­тем. При­ме­ром слу­жит син­хро­ни­за­ция ап­ло­дис­мен­тов (ова­ция) в боль­ших ау­ди­то­ри­ях; при этом для её воз­ник­но­ве­ния дос­та­точ­но 5% уча­ст­ни­ков, на­чав­ших дей­ст­во­вать со­гла­со­ван­но. Кол­лек­тив­ная С. к. и в. в боль­ших не­од­но­род­ных ан­самб­лях воз­мож­на при дос­та­точ­но силь­ном взаи­мо­дей­ст­вии, за­став­ляю­щем ос­цил­ля­то­ры ко­ле­бать­ся в фа­зе, не­смот­ря на раз­ли­чие их собств. час­тот.

Внеш­ние слу­чай­ные воз­дей­ст­вия мо­гут раз­ру­шить С. к. и в., а сла­бый шум в ав­то­ко­ле­ба­тель­ных сис­те­мах толь­ко де­ла­ет её не­иде­аль­ной: за­хват час­то­ты и фа­зы на­блю­да­ет­ся дол­го, но под влия­ни­ем флук­туа­ций вре­мя от вре­ме­ни про­ис­хо­дят про­ско­ки фа­зы, при ко­то­рых од­на из ав­то­ко­ле­ба­тель­ных сис­тем про­пус­ка­ет од­но ко­ле­ба­ние или со­вер­ша­ет од­но лиш­нее.

По от­но­ше­нию к хао­тич. ав­то­ко­ле­ба­ни­ям раз­ли­ча­ют фа­зо­вую, пол­ную и обоб­щён­ную син­хро­ни­за­ции. При фа­зо­вой син­хро­ни­за­ции ср. час­то­та хао­тич. ко­ле­ба­ний сис­те­мы за­хва­ты­ва­ет­ся пе­рио­дич. си­лой или частóты двух хао­тич. сис­тем сов­па­да­ют в ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия, а ам­пли­ту­ды ос­та­ют­ся хао­ти­че­ски­ми. О пол­ной син­хро­ни­за­ции не­сколь­ких хао­тич. сис­тем го­во­рят, ес­ли в ре­зуль­та­те дос­та­точ­но боль­шой свя­зи две иден­тич­ные сис­те­мы ге­не­ри­ру­ют иден­тич­ные хао­тич. сиг­на­лы. Обоб­щён­ная син­хро­ни­за­ция на­блю­да­ет­ся, ес­ли од­на хао­тич. сис­те­ма под дей­ст­ви­ем дру­гой те­ря­ет собств. ритм и вос­про­из­во­дит с не­ко­то­рым ис­ка­же­ни­ем ха­ос воз­дей­ст­вия.