La vibrazione casuale è qualsiasi vibrazione che non segue uno schema. È presente in una certa misura in un’ampia varietà di sistemi meccanici ed elettrici. Sebbene non sia possibile prevedere esattamente le vibrazioni casuali, le statistiche possono generare informazioni utili per gli ambienti con vibrazioni. Le auto in autostrada e il lancio di razzi sono due situazioni che possono affrontare intense vibrazioni casuali. Gli ingegneri utilizzano dati statistici per simulare questa vibrazione in laboratorio.
È spesso possibile prevedere determinate probabilità di comportamento di vibrazione casuale. Ad esempio, se un’auto in autostrada vibra in modo casuale in direzione verticale, non è possibile conoscere esattamente la sua posizione futura rispetto al suolo. Tuttavia, è possibile prevedere la probabilità che l’auto superi una certa altezza. Ciò è possibile perché il comportamento casuale segue una distribuzione normale o “curva a campana”. Il comportamento di un tale sistema può essere analizzato con gli strumenti della statistica.
L’analisi statistica può fornire informazioni come il valore medio di molte misurazioni. Nell’esempio dell’auto, l’altezza media da terra può essere qualcosa come 1 piede (30.5 cm). In un campione di misurazioni sufficientemente ampio, le statistiche possono anche fornire deviazioni standard. Una deviazione standard è la distanza dal valore medio che contiene il 68.2% di tutti i punti dati. Per il test di vibrazione dell’auto, il 68.2% delle misurazioni dell’altezza può trovarsi entro 1 pollice (2.54 cm) dall’altezza media.
Una volta calcolata la deviazione standard dei dati di prova, gli ingegneri possono utilizzarla per progettare i prodotti. Le condizioni di vibrazione casuale su molte autostrade diverse sono simili, quindi i dati statistici sono abbastanza affidabili. Gli ingegneri utilizzano questi dati per replicare le condizioni di vibrazione in un laboratorio, dove è più facile eseguire test su diversi progetti di prodotto.
Un’altra situazione che sperimenta vibrazioni casuali è il lancio di un razzo. I carichi utili dei razzi sentono un picco iniziale di vibrazioni quando il motore si accende. Pochi secondi dopo, le vibrazioni provengono principalmente dal motore in fiamme. Dopo che il razzo ha superato la velocità del suono, le vibrazioni derivano principalmente dalle onde d’urto e dagli effetti aerodinamici sul veicolo. Successivamente, alcune vibrazioni possono derivare da propulsori più piccoli che correggono l’orientamento del razzo.
Come con l’auto, i razzi e i loro carichi devono essere progettati per sopravvivere alle vibrazioni casuali. Gli ingegneri devono conoscere i dati statistici della vibrazione in modo da poter riprodurre queste condizioni in laboratorio. Non sarebbe pratico lanciare un razzo di prova ogni volta che è necessario testare un nuovo progetto di carico utile. Piuttosto, gli ingegneri mettono sensori sui razzi che vengono lanciati e quindi utilizzano questi dati in un secondo momento.