Kaj je načelo superpozicije?

V fiziki in tehniki je načelo superpozicije aditivna lastnost katere koli linearne funkcije ali sistema. Glede na izračunan ali izmerjen rezultat vhodne spremenljivke, če se hkrati uporabi ena ali več ločenih dodatnih spremenljivk, bo nastali neto rezultat enak seštevanju posameznih rezultatov vsake spremenljivke. Preprosto povedano, lahko njegov osnovni koncept izrazimo takole: če vhod A povzroči izhod X, izhod vhoda B pa je Y, potem bo superpozicija obeh vhodov A+B povzročila ustrezen izhod X+Y. Eden od razlogov za izraz “superpozicija” je, da se načelo uporablja za določen kraj in čas. Glede na spreminjajoče se stanje aktivnih sistemov sta superponirani vhod in izhod pozicijski dogodki in meritve.

Načelo superpozicije je mogoče uporabiti za linearne matematične funkcije, kot so algebraične enačbe. Kadar na katero koli od vhodnih spremenljivk vplivajo skalarji, na primer pri konstantnih koeficientih matematičnih kvadratnih enačb, naj bi bila funkcija tako linearna kot homogena. Za zgornji primer, če se znani skalarji 1 in 2 uporabijo za vhodne spremenljivke 1A+2B, se superpozicija prenese na izhod 1X+2Y. Kombinirani rezultat se pogosto imenuje vsota.

Številni mehanski in električni izdelki, sistemi in procesi so zasnovani tako, da so linearni. Če gumb zavrtite v smeri urinega kazalca, se glasnost ustrezno poveča. Pri vseh napravah razen najpreprostejših pa je večina sistemov zapletenih in nanje vplivajo številne spremenljivke. Redko so, popolnoma linearne. Čeprav je načelo superpozicije priročno in koristno orodje za modeliranje in analiziranje sistemov, velja le za optimalen približek operativnih pogojev v resničnem življenju.

Med linearnimi sistemi, ki so imeli največ koristi od uporabe načela superpozicije, so tisti, ki uporabljajo valovno energijo. Zvočni, svetlobni in drugi valovi elektromagnetnega sevanja imajo tudi močno aditivne lastnosti. Obliko vala lahko opišemo kot linearno enačbo. Po načelu se dva ali več valov določene višine ali amplitude, ki zavzemajo isti prostor in čas, spremenijo v en sam val, katerega amplituda je vsota amplitud njegovih prvotnih sestavnih valov. Podobno se svetloba valovne dolžine za rdečo barvo, ko se prekriva z zeleno, aditivno spremeni v valovno dolžino, ki ustreza rumeni barvi.

To načelo superpozicije je osnovna tehnologija slušalk za odpravljanje hrupa. Mikrofon analizira valovno obliko zvoka iz okolice, kot je tiho ropotanje letalskega motorja. Zvočnik poustvari isto valovno obliko in pred dodajanjem tega zvoka v sistem se premakne v časovni fazi. Ko se amplituda zvočnega vala motorja dvigne na reprezentativno vrednost 1, sovpada z znižanjem dodanega zvoka, enakovredno vrednostjo -1. Njihov vsotni učinek je nič.