Dodatnie sprzężenie zwrotne
W elektroniceEdit
Obwody regeneracyjne zostały wynalezione i opatentowane w 1914 roku do wzmacniania i odbioru bardzo słabych sygnałów radiowych. Starannie kontrolowane dodatnie sprzężenie zwrotne wokół pojedynczego wzmacniacza tranzystorowego może zwielokrotnić jego wzmocnienie o 1000 lub więcej. Dlatego sygnał może być wzmocniony 20.000 lub nawet 100.000 razy w jednym stopniu, który normalnie miałby wzmocnienie tylko 20 do 50. Problem ze wzmacniaczami regeneracyjnymi pracującymi przy tak dużych wzmocnieniach polega na tym, że łatwo stają się one niestabilne i zaczynają oscylować. Radiooperator musi być przygotowany do ciągłego korygowania ilości sprzężenia zwrotnego, aby uzyskać dobry odbiór. Nowoczesne odbiorniki radiowe używać superheterodyny projektu, z wielu więcej etapów wzmocnienia, ale znacznie bardziej stabilne działanie i nie dodatnie sprzężenie zwrotne.
Oscylacja, która może wybuchnąć w regeneracji obwodu radiowego jest używany w elektronicznych oscylatorów. Dzięki zastosowaniu dostrojonych obwodów lub kryształu piezoelektrycznego (powszechnie kwarcowego), sygnał, który jest wzmacniany przez dodatnie sprzężenie zwrotne pozostaje liniowy i sinusoidalny. Istnieje kilka konstrukcji takich oscylatorów harmonicznych, w tym oscylator Armstronga, oscylator Hartleya, oscylator Colpittsa oraz oscylator z mostkiem wiedeńskim. Wszystkie one używają dodatniego sprzężenia zwrotnego do tworzenia oscylacji.
Wiele układów elektronicznych, zwłaszcza wzmacniaczy, zawiera ujemne sprzężenie zwrotne. To zmniejsza ich wzmocnienie, ale poprawia ich liniowość, impedancję wejściową, impedancję wyjściową i szerokość pasma, a także stabilizuje wszystkie te parametry, w tym wzmocnienie w zamkniętej pętli. Parametry te stają się również mniej zależne od szczegółów samego urządzenia wzmacniającego, a bardziej zależne od elementów sprzężenia zwrotnego, które są mniej podatne na zmiany w zależności od tolerancji wykonania, wieku i temperatury. Różnica pomiędzy dodatnim i ujemnym sprzężeniem zwrotnym dla sygnałów zmiennoprądowych jest związana z fazą: jeżeli sygnał jest podawany z powrotem poza fazą, sprzężenie jest ujemne, natomiast jeżeli jest w fazie, sprzężenie jest dodatnie. Problemem dla projektantów wzmacniaczy, którzy stosują ujemne sprzężenie zwrotne jest to, że niektóre z elementów układu wprowadzają przesunięcie fazowe w ścieżce sprzężenia zwrotnego. Jeśli istnieje częstotliwość (zazwyczaj wysoka częstotliwość), przy której przesunięcie fazowe osiąga 180°, wówczas konstruktor musi zapewnić, że wzmocnienie wzmacniacza przy tej częstotliwości jest bardzo niskie (zazwyczaj poprzez zastosowanie filtracji dolnoprzepustowej). Jeżeli wzmocnienie pętli (iloczyn wzmocnienia wzmacniacza i zakresu dodatniego sprzężenia zwrotnego) przy jakiejkolwiek częstotliwości jest większe od jedności, to wzmacniacz będzie oscylował przy tej częstotliwości (kryterium stabilności Barkhausena). Takie oscylacje są czasami nazywane oscylacjami pasożytniczymi. Wzmacniacz, który w jednych warunkach jest stabilny, w innych może wpadać w oscylacje pasożytnicze. Może to być spowodowane zmianami temperatury, napięcia zasilania, regulacją przycisków na panelu przednim, a nawet bliskością osoby lub innego przedmiotu przewodzącego prąd.
Wzmacniacze mogą oscylować delikatnie w sposób trudny do wykrycia bez oscyloskopu, lub oscylacje mogą być tak rozległe, że tylko bardzo zniekształcony sygnał lub w ogóle brak wymaganego sygnału przedostaje się przez wzmacniacz, lub dochodzi do uszkodzenia. Pasożytnicze oscylacje o niskiej częstotliwości zostały nazwane 'motorboating’ ze względu na podobieństwo do dźwięku wydechu o niskich obrotach.
Wiele popularnych cyfrowych układów elektronicznych wykorzystuje dodatnie sprzężenie zwrotne. Podczas gdy zwykłe proste boolean logic gates zazwyczaj polegają po prostu na wzmocnieniu, aby odepchnąć cyfrowe napięcia sygnału od wartości pośrednich do wartości, które mają reprezentować boolean '0′ i '1′, ale wiele bardziej złożonych bramek wykorzystuje sprzężenie zwrotne. Kiedy oczekuje się, że napięcie wejściowe będzie się zmieniać w sposób analogowy, ale ostre progi są wymagane do późniejszego przetwarzania cyfrowego, obwód wyzwalający Schmitta używa dodatniego sprzężenia zwrotnego, aby zapewnić, że jeśli napięcie wejściowe skrada się delikatnie powyżej progu, wyjście jest wymuszane sprytnie i szybko z jednego stanu logicznego do drugiego. Jedną z konsekwencji zastosowania dodatniego sprzężenia zwrotnego w wyzwalaczu Schmitta jest to, że jeśli napięcie wejściowe ponownie delikatnie przesunie się w dół obok tego samego progu, dodatnie sprzężenie zwrotne utrzyma wyjście w tym samym stanie bez zmian. Efekt ten nazywany jest histerezą: napięcie wejściowe musi spaść poniżej innego, niższego progu, aby „odblokować” wyjście i przywrócić je do pierwotnej wartości cyfrowej. Poprzez zmniejszenie zakresu dodatniego sprzężenia zwrotnego, szerokość histerezy może być zmniejszona, ale nie może być całkowicie wyeliminowana. Wyzwalacz Schmitta jest w pewnym stopniu układem zatrzaskowym.
Elektroniczny flip-flop, inaczej „zatrzask” lub „multiwibrator bistabilny”, to układ, który ze względu na duże dodatnie sprzężenie zwrotne nie jest stabilny w stanie zrównoważonym lub pośrednim. Taki obwód bistabilny jest podstawą jednego bitu pamięci elektronicznej. Klapka wykorzystuje parę wzmacniaczy, tranzystorów lub bramek logicznych połączonych ze sobą w taki sposób, że dodatnie sprzężenie zwrotne utrzymuje stan obwodu w jednym z dwóch niezrównoważonych stabilnych stanów po usunięciu sygnału wejściowego, dopóki nie zostanie przyłożony odpowiedni sygnał alternatywny, który zmieni ten stan. Komputerowa pamięć o dostępie swobodnym (RAM) może być wykonana w ten sposób, z jednym obwodem zatrzaskującym dla każdego bitu pamięci.
Thermal runaway występuje w systemach elektronicznych, ponieważ jakiś aspekt obwodu jest dozwolony, aby przejść więcej prądu, gdy staje się gorętszy, a następnie gorętszy staje się, tym więcej prądu przechodzi, który ogrzewa go trochę więcej i tak przechodzi jeszcze więcej prądu. Efekty są zwykle katastrofalne dla danego urządzenia. Jeśli urządzenia muszą być używane w pobliżu ich maksymalnej mocy, a ucieczka termiczna jest możliwa lub prawdopodobna w pewnych warunkach, ulepszenia można zwykle osiągnąć poprzez staranne projektowanie.
Systemy audio i wideo mogą wykazywać dodatnie sprzężenia zwrotne. Jeśli mikrofon odbiera wzmocniony dźwięk z głośników w tym samym obwodzie, wówczas słychać wycie i piski dźwięków sprzężenia zwrotnego (przy maksymalnej mocy wzmacniacza), ponieważ przypadkowy hałas jest ponownie wzmacniany przez dodatnie sprzężenie zwrotne i filtrowany przez charakterystykę systemu audio i pomieszczenia.
Audio i muzyka na żywoEdit
Sprzężenie zwrotne audio (znane również jako sprzężenie akustyczne, po prostu jako sprzężenie zwrotne lub efekt Larsena) jest specjalnym rodzajem dodatniego sprzężenia zwrotnego, które występuje, gdy pętla dźwiękowa istnieje pomiędzy wejściem audio (na przykład mikrofonem lub przetwornikiem gitarowym) a wyjściem audio (na przykład głośnikiem o dużym wzmocnieniu). W tym przykładzie, sygnał odebrany przez mikrofon jest wzmacniany i przekazywany do głośnika. Dźwięk z głośnika może być następnie ponownie odbierany przez mikrofon, dalej wzmacniany i ponownie wypuszczany przez głośnik. Częstotliwość powstającego dźwięku zależy od częstotliwości rezonansowych w mikrofonie, wzmacniaczu i głośniku, akustyki pomieszczenia, kierunkowych wzorów odbioru i emisji mikrofonu i głośnika oraz odległości między nimi. Dla małych systemów PA dźwięk jest łatwo rozpoznawalny jako głośny pisk lub screech.
Sprzężenie zwrotne jest prawie zawsze uważane za niepożądane, gdy występuje z mikrofonem piosenkarza lub mówcy publicznego na imprezie przy użyciu systemu wzmocnienia dźwięku lub systemu PA. Inżynierowie dźwięku używają różnych urządzeń elektronicznych, takich jak korektory i, od lat 90-tych, automatyczne urządzenia wykrywające sprzężenia zwrotne, aby zapobiec tym niechcianym piskom lub piskliwym dźwiękom, które odbierają publiczności przyjemność z imprezy. Z drugiej strony, od lat 60-tych, gitarzyści elektryczni w zespołach rockowych, używający głośnych wzmacniaczy gitarowych i efektów zniekształcających, celowo tworzyli sprzężenia gitarowe, aby uzyskać pożądany efekt muzyczny. Utwór „I Feel Fine” Beatlesów jest jednym z najwcześniejszych przykładów wykorzystania sprzężenia jako efektu nagraniowego w muzyce popularnej. Utwór rozpoczyna się pojedynczą, perkusyjną nutą sprzężenia, powstałą w wyniku szarpania struny A gitary Lennona. Artyści tacy jak Kinks i The Who już wcześniej używali sprzężenia na żywo, ale Lennon pozostał dumny z faktu, że Beatlesi byli prawdopodobnie pierwszą grupą, która świadomie umieściła je na winylu. W jednym ze swoich ostatnich wywiadów powiedział: „Wątpię, aby ktokolwiek znalazł płytę – chyba że jest to jakaś stara bluesowa płyta z 1922 roku – która wykorzystuje sprzężenie w ten sposób.”
Zasady działania sprzężenia zwrotnego zostały po raz pierwszy odkryte przez duńskiego naukowca Sørena Absalona Larsena. Mikrofony nie są jedynymi przetwornikami podlegającymi temu efektowi. Wkładki gramofonowe mogą robić to samo, zazwyczaj w zakresie niskich częstotliwości poniżej około 100 Hz, objawiając się jako niskie dudnienie. Jimi Hendrix był innowatorem w celowym wykorzystywaniu sprzężenia zwrotnego w swoich solówkach gitarowych w celu stworzenia unikalnych efektów dźwiękowych. Pomógł rozwinąć kontrolowane i muzyczne wykorzystanie sprzężenia w grze na gitarze elektrycznej, a później Brian May był słynnym zwolennikiem tej techniki.
VideoEdit
Podobnie, jeśli kamera wideo jest skierowana na ekran monitora, który wyświetla własny sygnał kamery, wtedy powtarzające się wzory mogą być formowane na ekranie przez dodatnie sprzężenie zwrotne. Ten efekt sprzężenia zwrotnego został wykorzystany w sekwencjach otwierających pierwsze dziesięć serii programu telewizyjnego Doctor Who.
PrzełącznikiEdit
W przełącznikach elektrycznych, w tym termostatach opartych na paskach bimetalicznych, przełącznik zazwyczaj ma histerezę w działaniu przełączającym. W tych przypadkach histereza jest osiągana mechanicznie poprzez dodatnie sprzężenie zwrotne w mechanizmie punktu krytycznego. Działanie dodatniego sprzężenia zwrotnego minimalizuje czas trwania łuku elektrycznego podczas przełączania, a także utrzymuje styki w stanie otwartym lub zamkniętym.
W biologiiEdit
W fizjologiiEdit
W fizjologii można znaleźć wiele przykładów systemów dodatniego sprzężenia zwrotnego.
- Jednym z przykładów jest początek skurczów podczas porodu, znany jako odruch Fergusona. Kiedy dochodzi do skurczu, hormon oksytocyna wywołuje bodziec nerwowy, który stymuluje podwzgórze do produkcji większej ilości oksytocyny, co zwiększa skurcze macicy. Skutkuje to zwiększeniem amplitudy i częstotliwości skurczów.(str. 924-925)
- Innym przykładem jest proces krzepnięcia krwi. Pętla jest inicjowana, gdy zraniona tkanka uwalnia chemikalia sygnałowe, które aktywują płytki krwi. Aktywowane płytki krwi uwalniają substancje chemiczne, aby aktywować więcej płytek, powodując szybką kaskadę i tworzenie się skrzepu krwi.(pp392-394)
- Laktacja obejmuje również dodatnie sprzężenie zwrotne w tym, że jak dziecko ssie sutek jest reakcja nerwowa do rdzenia kręgowego i do podwzgórza mózgu, który następnie stymuluje przysadkę mózgową do produkcji więcej prolaktyny do produkcji więcej mleka.(p926)
- Skok estrogenu podczas fazy folikularnej cyklu miesiączkowego powoduje owulację.(p907)
- Generowanie sygnałów nerwowych jest kolejnym przykładem, w którym błona włókna nerwowego powoduje niewielki wyciek jonów sodu przez kanały sodowe, co powoduje zmianę potencjału błony, co z kolei powoduje więcej otwarcia kanałów, i tak dalej (cykl Hodgkina). Tak więc niewielki początkowy wyciek powoduje eksplozję wycieku sodu, który tworzy potencjał czynnościowy nerwu.(p59)
- W sprzężeniu pobudzenie-skurcz serca, wzrost wewnątrzkomórkowych jonów wapnia do miocytu sercowego jest wykrywany przez receptory ryanodynowe w błonie retikulum sarkoplazmatycznego, które transportują wapń do cytozolu w fizjologicznej odpowiedzi z dodatnim sprzężeniem zwrotnym.
W większości przypadków takie pętle sprzężenia zwrotnego kończą się uwolnieniem kontrsygnałów, które tłumią lub przerywają pętlę. Skurcze porodowe zatrzymują się, gdy dziecko jest poza ciałem matki. Substancje chemiczne rozbijają skrzep krwi. Laktacja ustaje, gdy dziecko nie jest już karmione.
W regulacji genówEdit
Dodatnie sprzężenie zwrotne jest dobrze zbadanym zjawiskiem w regulacji genów, gdzie jest najczęściej związane z bistabilnością. Dodatnie sprzężenie zwrotne występuje, gdy gen aktywuje się bezpośrednio lub pośrednio poprzez pętlę podwójnego ujemnego sprzężenia zwrotnego. Inżynierowie genetyczni skonstruowali i przetestowali proste sieci z dodatnim sprzężeniem zwrotnym u bakterii, aby zademonstrować koncepcję bistabilności. Klasycznym przykładem dodatniego sprzężenia zwrotnego jest operon lac w E. coli. Dodatnie sprzężenie zwrotne odgrywa integralną rolę w różnicowaniu komórkowym, rozwoju i progresji nowotworów, dlatego też dodatnie sprzężenie zwrotne w regulacji genów może mieć znaczące konsekwencje fizjologiczne. Losowe ruchy w dynamice molekularnej w połączeniu z dodatnim sprzężeniem zwrotnym mogą wywołać interesujące efekty, takie jak powstanie populacji fenotypowo różnych komórek z tej samej komórki macierzystej. Dzieje się tak, ponieważ szum może zostać wzmocniony przez dodatnie sprzężenie zwrotne. Dodatnie sprzężenie zwrotne może również wystąpić w innych formach sygnalizacji komórkowej, takich jak kinetyka enzymów lub szlaki metaboliczne.
W biologii ewolucyjnej
Pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego zostały użyte do opisania aspektów dynamiki zmian w ewolucji biologicznej. Na przykład, zaczynając od poziomu makro, Alfred J. Lotka (1945) twierdził, że ewolucja gatunków była przede wszystkim kwestią selekcji, która powodowała przepływ energii w celu przechwycenia coraz większej ilości energii do wykorzystania przez systemy żywe. Na poziomie ludzkim Richard D. Alexander (1989) zaproponował, że konkurencja społeczna między grupami ludzkimi i w ich obrębie przyczynia się do selekcji inteligencji, a zatem stale wytwarza coraz bardziej wyrafinowaną ludzką inteligencję. Crespi (2004) omówił kilka innych przykładów pętli pozytywnego sprzężenia zwrotnego w ewolucji. Analogia do ewolucyjnych wyścigów zbrojeń dostarcza kolejnych przykładów dodatniego sprzężenia zwrotnego w systemach biologicznych.
Wykazano, że zmiany bioróżnorodności w okresie fanerozoiku znacznie lepiej korelują z modelem hiperbolicznym (szeroko stosowanym w demografii i makrosocjologii) niż z modelami wykładniczym i logistycznym (tradycyjnie stosowanymi w biologii populacji i szeroko stosowanymi również do kopalnej bioróżnorodności). Te ostatnie modele sugerują, że zmiany w różnorodności są sterowane przez dodatnie sprzężenie zwrotne pierwszego rzędu (więcej przodków, więcej potomków) i/lub ujemne sprzężenie zwrotne wynikające z ograniczenia zasobów. Model hiperboliczny implikuje dodatnie sprzężenie zwrotne drugiego rzędu. Wykazano (patrz niżej), że hiperboliczny wzorzec wzrostu populacji światowej wynika z dodatniego sprzężenia zwrotnego drugiego rzędu pomiędzy wielkością populacji a tempem wzrostu technologicznego. Hiperboliczny charakter wzrostu różnorodności biologicznej może być w podobny sposób wyjaśniony przez dodatnie sprzężenie zwrotne pomiędzy różnorodnością a złożonością struktury społeczności. Sugeruje się, że podobieństwo między krzywymi bioróżnorodności i ludzkiej populacji wynika prawdopodobnie z faktu, że obie są pochodną interferencji hiperbolicznego trendu (wytworzonego przez dodatnie sprzężenie zwrotne) z cykliczną i stochastyczną dynamiką.
Układ odpornościowyEdit
Burza cytokinowa lub hipercytokinemia to potencjalnie śmiertelna reakcja immunologiczna polegająca na pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego między cytokinami i komórkami odpornościowymi, z wysoce podwyższonym poziomem różnych cytokin. W normalnym funkcjonowaniu układu odpornościowego pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego mogą być wykorzystane do wzmocnienia działania limfocytów B. Kiedy komórka B wiąże swoje przeciwciała z antygenem i staje się aktywna, zaczyna uwalniać przeciwciała i wydzielać białko dopełniacza zwane C3. Zarówno C3, jak i przeciwciała komórki B mogą wiązać się z patogenem, a kiedy komórka B ma swoje przeciwciała wiążące się z patogenem za pomocą C3, przyspiesza to wydzielanie przez komórkę B większej ilości przeciwciał i więcej C3, tworząc w ten sposób pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego.
Śmierć komórkiEdit
Apoptoza jest zapośredniczonym przez kaspazę procesem śmierci komórkowej, którego celem jest usunięcie długo żyjących lub uszkodzonych komórek. Niepowodzenie tego procesu ma związek z takimi schorzeniami jak nowotwory czy choroba Parkinsona. Istotą procesu apoptotycznego jest autoaktywacja kaspaz, która może być modelowana poprzez pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego. To dodatnie sprzężenie zwrotne powoduje autoaktywację kaspaz efektorowych za pomocą kaspaz pośrednich. W oderwaniu od pozostałej części szlaku apoptotycznego, to dodatnie sprzężenie zwrotne wykazuje tylko jeden stabilny stan ustalony, niezależnie od liczby pośrednich etapów aktywacji kaspazy efektorowej. Kiedy ten podstawowy proces jest uzupełniony inhibitorami i wzmacniaczami efektów kaspaz, proces ten prezentuje bistabilność, modelując w ten sposób żywe i umierające stany komórki.
W psychologii
Winner (1996) opisał uzdolnione dzieci jako napędzane przez pętle pozytywnego sprzężenia zwrotnego, polegającego na ustaleniu ich własnego kursu uczenia się, co daje im satysfakcję, a to z kolei prowadzi do ustalenia ich celów uczenia się na wyższym poziomie i tak dalej. Winner określił tę pętlę pozytywnego sprzężenia zwrotnego jako „gniew do mistrzostwa”. Vandervert (2009a, 2009b) zaproponował, że cudowne dziecko może być wyjaśnione w kategoriach pętli pozytywnego sprzężenia zwrotnego pomiędzy wyjściem myślenia/działania w pamięci roboczej, które następnie jest przekazywane do móżdżku, gdzie jest usprawniane, a następnie przekazywane z powrotem do pamięci roboczej, w ten sposób stale zwiększając ilościowe i jakościowe wyjście pamięci roboczej. Vandervert argumentował również, że ta pętla sprzężenia zwrotnego jest odpowiedzialna za ewolucję języka w pamięci roboczej.
W ekonomiiEdit
Rynki z wpływem społecznymEdit
Rekomendacje produktów i informacje o przeszłych zakupach mają znaczący wpływ na wybory konsumentów, niezależnie od tego, czy chodzi o muzykę, film, książkę, technologię czy inny rodzaj produktów. Wpływ społeczny często wywołuje zjawisko bogacenia się bogatych (efekt Matthew), gdzie popularne produkty stają się jeszcze bardziej popularne.
Dynamika rynkuEdit
Zgodnie z teorią refleksyjności George’a Sorosa, zmiany cen są napędzane przez proces pozytywnego sprzężenia zwrotnego, w którym oczekiwania inwestorów są kształtowane przez ruchy cenowe, więc ich zachowanie wzmacnia ruch w tym kierunku, aż do momentu, gdy staje się on nietrwały, kiedy to sprzężenie zwrotne napędza ceny w przeciwnym kierunku.
Ryzyko systemoweEdit
Ryzyko systemowe to ryzyko, jakie stanowi dla systemu wzmocnienie, dźwignia lub proces pozytywnego sprzężenia zwrotnego. Zazwyczaj jest ono nieznane, a w pewnych warunkach proces ten może ulec wykładniczej amplifikacji i szybko doprowadzić do destrukcyjnego lub chaotycznego zachowania. System Ponziego jest dobrym przykładem systemu z dodatnim sprzężeniem zwrotnym: fundusze od nowych inwestorów są wykorzystywane do wypłacania niezwykle wysokich zysków, które z kolei przyciągają więcej nowych inwestorów, powodując gwałtowny wzrost aż do upadku. W. Brian Arthur również badał i pisał na temat pozytywnego sprzężenia zwrotnego w gospodarce (np. W. Brian Arthur, 1990). Hyman Minsky zaproponował teorię, że pewne praktyki ekspansji kredytowej mogą przekształcić gospodarkę rynkową w „system wzmacniający odchylenia”, który może się nagle załamać, nazywany czasem „momentem Minsky’ego”.
Proste systemy, które wyraźnie oddzielają wejścia od wyjść, nie są podatne na ryzyko systemowe. Ryzyko to staje się bardziej prawdopodobne wraz ze wzrostem złożoności systemu, ponieważ coraz trudniej jest dostrzec lub przeanalizować wszystkie możliwe kombinacje zmiennych w systemie, nawet w warunkach dokładnych testów warunków skrajnych. Im bardziej wydajny jest złożony system, tym bardziej prawdopodobne jest, że będzie on podatny na ryzyko systemowe, ponieważ wystarczy tylko niewielkie odchylenie, aby zakłócić działanie systemu. Dlatego dobrze zaprojektowane systemy złożone zazwyczaj mają wbudowane funkcje pozwalające uniknąć tego stanu, takie jak niewielka ilość tarcia, oporu, bezwładności lub opóźnienia czasowego, aby oddzielić wyjścia od wejść w systemie. Czynniki te stanowią nieefektywność, ale są niezbędne do uniknięcia niestabilności.
Incydent Flash Crash z 2010 r. został obwiniony o praktykę handlu wysokiej częstotliwości (HFT), chociaż to, czy HFT rzeczywiście zwiększa ryzyko systemowe, pozostaje kontrowersyjne.
Wzrost populacji ludzkiejEdit
Rolnictwo i populacja ludzka mogą być uważane za znajdujące się w trybie dodatniego sprzężenia zwrotnego, co oznacza, że jedno napędza drugie z rosnącą intensywnością. Sugeruje się, że ten system dodatniego sprzężenia zwrotnego zakończy się kiedyś katastrofą, ponieważ nowoczesne rolnictwo zużywa cały łatwo dostępny fosforan i ucieka się do wysoce wydajnych monokultur, które są bardziej podatne na ryzyko systemowe.
Innowacje technologiczne i populacja ludzka mogą być podobnie rozpatrywane, a to zostało zaproponowane jako wyjaśnienie pozornego hiperbolicznego wzrostu populacji ludzkiej w przeszłości, zamiast prostszego wzrostu wykładniczego.Proponuje się, że tempo wzrostu przyspiesza z powodu dodatniego sprzężenia zwrotnego drugiego rzędu między populacją a technologią.(s133-160) Wzrost technologiczny zwiększa pojemność ziemi dla ludzi, co prowadzi do wzrostu populacji, a to z kolei napędza dalszy wzrost technologiczny.(s146)
Uprzedzenia, instytucje społeczne i ubóstwoEdit
Gunnar Myrdal opisał błędne koło rosnących nierówności i ubóstwa, które jest znane jako „okrężna kumulacja przyczynowości”.
W meteorologiiEdit
Susza nasila się poprzez dodatnie sprzężenie zwrotne. Brak deszczu zmniejsza wilgotność gleby, co zabija rośliny i/lub powoduje, że uwalniają one mniej wody poprzez transpirację. Oba czynniki ograniczają ewapotranspirację, proces, w którym para wodna jest dodawana do atmosfery z powierzchni, a także dodają do atmosfery suchy pył, który absorbuje wodę. Mniej pary wodnej oznacza zarówno niskie temperatury punktu rosy, jak i bardziej efektywne ogrzewanie w ciągu dnia, co zmniejsza szanse na pojawienie się wilgoci w atmosferze prowadzącej do tworzenia się chmur. Wreszcie, bez chmur nie może być deszczu, a pętla jest kompletna.
W klimatologiiEdit
Klimatyczne „wymuszenia” mogą popychać system klimatyczny w kierunku ocieplenia lub ochłodzenia, na przykład zwiększone stężenia atmosferyczne gazów cieplarnianych powodują ocieplenie przy powierzchni. Czynniki sprawcze są zewnętrzne w stosunku do systemu klimatycznego, a sprzężenia zwrotne są procesami wewnętrznymi systemu. Niektóre mechanizmy sprzężenia zwrotnego działają we względnej izolacji od reszty systemu klimatycznego, podczas gdy inne są ściśle ze sobą powiązane. Czynniki sprawcze, sprzężenia zwrotne i dynamika systemu klimatycznego decydują o tym, jak bardzo i jak szybko zmienia się klimat. Głównym dodatnim sprzężeniem zwrotnym w globalnym ociepleniu jest tendencja ocieplenia do zwiększania ilości pary wodnej w atmosferze, co z kolei prowadzi do dalszego ocieplenia. Główne ujemne sprzężenie zwrotne pochodzi z prawa Stefana-Boltzmanna, zgodnie z którym ilość ciepła wypromieniowanego z Ziemi w przestrzeń kosmiczną jest proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury powierzchni Ziemi i jej atmosfery.
Inne przykłady podsystemów dodatniego sprzężenia zwrotnego w klimatologii obejmują:
- Cieplejsza atmosfera powoduje topnienie lodu, a to zmienia albedo, które dodatkowo ociepla atmosferę.
- Wodorany metanu mogą być niestabilne, więc ocieplający się ocean może uwolnić więcej metanu, który również jest gazem cieplarnianym.
- Torf, występujący naturalnie na torfowiskach, zawiera węgiel. Kiedy torf wysycha, rozkłada się, a dodatkowo może się palić. Torf uwalnia również podtlenek azotu.
- Globalne ocieplenie wpływa na rozmieszczenie chmur. Chmury na wyższych wysokościach wzmacniają efekty cieplarniane, podczas gdy niskie chmury głównie odbijają światło słoneczne, mając przeciwny wpływ na temperaturę.
Czwarty Raport Oceniający Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) stwierdza, że „Antropogeniczne ocieplenie może prowadzić do pewnych efektów, które są gwałtowne lub nieodwracalne, w zależności od tempa i wielkości zmiany klimatu.”
W socjologiiEdit
Samospełniająca się przepowiednia jest społecznym dodatnim sprzężeniem zwrotnym pomiędzy przekonaniami a zachowaniem: jeśli wystarczająco dużo ludzi wierzy, że coś jest prawdą, ich zachowanie może sprawić, że stanie się to prawdą, a obserwacje ich zachowania mogą z kolei zwiększyć przekonania. Klasycznym przykładem jest ucieczka z banku.
Innym socjologicznym przykładem pozytywnego sprzężenia zwrotnego jest efekt sieci. Kiedy więcej ludzi jest zachęcanych do przyłączenia się do sieci, zwiększa to zasięg sieci, przez co rozszerza się ona coraz szybciej. Przykładem efektu sieciowego jest wirusowy film wideo, w którym linki do popularnego filmu są udostępniane i rozpowszechniane, co sprawia, że więcej osób ogląda film, a następnie ponownie publikuje linki. Jest to podstawa wielu zjawisk społecznych, w tym schematów Ponziego i listów łańcuszkowych. W wielu przypadkach wielkość populacji jest czynnikiem ograniczającym efekt sprzężenia zwrotnego.
W chemiiEdit
Jeśli reakcja chemiczna powoduje uwolnienie ciepła, a sama reakcja przebiega szybciej w wyższej temperaturze, to istnieje duże prawdopodobieństwo wystąpienia dodatniego sprzężenia zwrotnego. Jeśli wytworzone ciepło nie jest usuwane z reaktorów wystarczająco szybko, może nastąpić ucieczka termiczna i bardzo szybko doprowadzić do eksplozji chemicznej.
W ochronie przyrodyEdit
Wiele dzikich zwierząt jest upolowanych dla ich części, które mogą być dość cenne. Im bliżej wyginięcia znajdują się docelowe gatunki, tym wyższa jest cena ich części. Jest to przykład pozytywnego sprzężenia zwrotnego.