迟滞现象在我们身边无处不在。它的影响可以在许多学科中发现,比如经济学和生物学,但在工程和物理学中尤其如此。但它是什么呢?我们如何使用它?让我们做一些挖掘来找出答案。
根据梅里亚姆-韦伯斯特时,迟滞被定义为“作用在物体上的力发生变化时的效应的迟滞”。还有“对身体的物理影响滞后于其原因。”
维基百科给出了一个稍微不同的定义:“系统的输出不仅依赖于它当前的输入,而且依赖于它过去的输入的历史。”
那么它到底是什么呢?我认为最好的解释方式是用一些例子。
我们都知道,一块铁金属,如钉子,可以通过使用适当的力磁化。一旦它被磁化,它就会保持这种状态,但如果施加一个适当的反作用力,它也可以退磁。它在磁场中从一种状态变成另一种状态。但这样做不会对指甲产生立竿见影的效果。原子偶极子需要时间来改变它们的方向以适应磁场。如果你在偶极子完成移动之前把钉子拿掉,它就不会完全磁化。如果你把它放置的时间足够长,钉子就会被磁化,除非你把它放在一个方向相反的磁场中(只需要将它头对头翻转),否则钉子不会改变。如果没有外力或者已经磁化了,钉子就不能磁化,如果没有外力或者已经磁化了,钉子也不能退磁。磁滞。
另一个例子是一种叫做固体/液体相变的物质琼脂这种植物来源于藻类。它通常被用作亚洲甜点的一种配料,以及微生物学研究的培养皿中的基质。它也被用于蚂蚁农场作为沙子的替代品和营养来源,因为它是透明的,允许对蚁群进行开放的观察。它在32 - 40°C固化,85°C融化。这意味着在40°C到85°C之间,它现在的相取决于它以前是固体还是液体。如果你在85°C融化它,然后冷却,当冷却到60°C时,它会变成液体。但如果它在40°C时是固体,那么它在60°C时仍然是固体。很奇怪,我知道,但那是滞后现象。
最后一个例子是你家里的恒温器。你可以把温度调到最舒适的温度,比如20°C(68°F),然后走开。该系统将感知当前温度,然后根据是否需要提高或降低室温来开启或关闭它。假设它从15°C开始。它打开并开始变暖。一旦温度达到20°C,它不会立即关闭,而是持续运行一段时间,并将温度提高到21°C。然后它就会关闭,房间开始降温。一旦再次达到20°C,它不会立即恢复,而是要等到房间再冷却到19°C。然后系统启动,循环再次开始。对环境温度的响应有一个滞后,这已经被编程到系统中。 This keeps the system from switching on and off rapidly around that 20°C sweet spot.
那么我们如何使用它呢?有限状态机可能是最简单和最明显的例子。它们控制着我们周围很大一部分依赖于了解系统过去的状态来决定下一步做什么的事情。您的恒温器可以很好地使用顺序逻辑作为状态机,但自动售货机可能是最简单的例子。当你添加硬币时,它会跟踪添加了多少硬币,并在达到阈值时吐出你的选择。
滞后是我们每天都要面对的问题。它控制你的转向信号指示灯何时关闭,自动售货机何时吐出你的巧克力,数字锁代码是否能打开你的保险柜,以及你的电脑硬盘是否能正常工作。到处都是,谢天谢地。
