Глава VIII. СИНХРОНИЗАЦИЯ И ЗАХВАТЫВАНИЕ
1. О ЯВЛЕНИЯХ СИНХРОНИЗАЦИИ И ЗАХВАТЫВАНИЯ
Синхронизация и захватывание относятся к важнейшим нелинейным эффектам. Явление синхронизации состоит в том, что несколько искусственно созданных или природных объектов, совершающих при отсутствии взаимодействия колебательные или вращательные движения с различными частотами (угловыми скоростями), при наличии даже весьма слабых связей (взаимодействий) начинают двигаться с одинаковыми или соизмеримыми частотами (угловыми скоростями), причем устанавливаются определенные фазовые соотношения между колебаниями и вращениями.
В дальнейшем термин синхронизация (а также взаимная или внутренняя синхронизация) применяется для обозначения наиболее общего случая, когда определенные частотные соотношения устанавливаются в результате взаимодействия объектов, рассматриваемых как равноправные. В идеализированном случае, когда один из объектов считается настолько мощным, что он навязывает свой ритм движения (предполагаемый заранее заданным и неизменным) другим автоколебательным объектам, говорят о явлении захватывания или о внешней синхронизации, причем первый термин употребляют в случае одного синхронизируемого объекта (см. п. 2). Заметим, что в научной литературе, говоря о синхронизации, часто имеют в виду именно захватывание.
По-видимому, первое наблюдение эффекта синхронизации было сделано во второй половине семнадцатого столетия X. Гюйгенсом [21], который заметил, что двое маятниковых часов, ходивших по-разному, начали ходить точно в такт, когда их прикрепляли к легкой
балке вместо стены. Позднее, в конце XIX века, Рэлей обнаружил, что две органные трубы с малой отстройкой и с расположенными рядом отверстиями звучат в унисои, причем иногда трубы могут заставить почти полностью замолчать одна другую, т. е. происходит взаимная синхронизация двух автоколебательных систем при установлении противофазных (или близких к таковым) колебаний [35]. Аналогичное явление было обнаружено Рэлеем для двух камертонов с электромагнитным возбуждением. Примерно в начале текущего столетия явления синхронизации были открыты в электрических цепях и в некоторых электромеханических системах. С этимн объектами до недавнего времени и были связаны основные технические приложения явлений синхронизации.
Явление синхронизации начали широко использовать в механических устройствах после обнаружения в СССР в 1947-1948 гг. явления самосинхронизации вращающихся неуравновешенных роторов (механических дебалаисиых вибровозбудителей); через несколько лет (в 1950-1958 гг.) были опубликованы первые зарубежные патенты на соответствующие устройства. В настоящее время вибрационные машины с самосинхроиизирующимися вибровозбудителями широко применяют в промышленности [8—10].
Тенденцией вращающихся твердых тел к взаимной синхронизации могут быть объяснены целочисленные соотношения, наблюдающиеся между угловыми скоростими вращений и обращений небесных тел. Классическим примером такой закономерности является движение Луны, которая, как известно, всегда обращена к Земле одной стороной [5, 19, 36]
Эффекты синхронизации и захватывания наблюдаются и в поведении биологических объектов.
Синхронизация представляет собой весьма общую закономерность поведения взаимно связанных материальных объектов самой различной природы. Понимание этого факта способствовало развитию общей теории синхронизации динамических систем. Синхронизацию можно рассматривать как одно из проявлений тенденции материальных форм к самоорганизации, т. е. к упорядоченности, Эта тенденция противоположна тенденции к «перемешиванию», т. е. к беспорядку, также характерной для материальных форм и нашедшей обобщенное отражение во втором начале термодинамики [10]. Важной и еще не решенной задачей является изучение общих условий, при которых та или другая из этих полярных тенденций является преобладающей.
