Co je harmonický pohyb?
Harmonický pohyb je koncept oscilačního nebo opakujícího se systému, jako je kyvadlo, pružina nebo oběžná dráha planety kolem Slunce. Systémy, které jsou v harmonickém pohybu, šetří energii a hybnost, pokud vnitřní energie zůstává stejná. Ve skutečném systému, tj. Není ideální, dochází ke ztrátě energie kvůli tření i v nekonečných množstvích kvůli kolizi s molekulami. Aby systém zažil oscilační pohyb, musí existovat dvě hlavní vlastnosti: pružnost a setrvačnost; protože Newtonova prvního zákona mají všechny objekty setrvačnost. Proto musí existovat zdroj pružnosti, například pružina.
Jednoduchý harmonický systém zahrnuje jeden nebo více kmitajících předmětů, které jsou upevněny k pružině nebo jinému pružnému zdroji, jako je závaží připojené k pružině. Pohyb objektu mění rychlost v sinusovém vzoru. Elastická síla, která poskytuje hybnost objektu, se zvětšuje se vzdáleností od středu pohybu; čím dále je objekt, tím více je vyvíjena pružnější síla. Když objekt dorazí na konec svého pohybu, síla způsobí, že se pohybuje vzrůstající rychlostí zpět na druhý konec oscilační dráhy, kde se cyklus opakuje. Pro ilustraci konceptu se používá jednoduchý harmonický pohyb, ale nebere v úvahu tření.
Snížený pohyb, ve srovnání, zahrnuje tření nebo jiné vnější síly, které zpomalí systém a nakonec způsobí jeho dosažení rovnováhy nebo žádný pohyb. Čím více tření je v systému, tím rychleji oscilující objekt dosáhne rovnováhy. Overdamping umožňuje pouze několik cyklů oscilace před rovnováhou; kritické tlumení vytváří rychlý návrat k rovnováze, jako je tlumič v autě; a underdamping způsobuje, že se oscilace časem snižuje. Viskóznější médium, jako je voda, vytváří větší tření.
Harmonický pohyb má mnoho aplikací v každodenním životě. Jakýkoli typ oscilačního systému - ať už je to kyvadlové hodiny, pružina ze systému odpružení automobilu nebo otáčení setrvačníku motoru - prochází formou tlumeného kmitání. Například poznání síly tření, která způsobuje tlumení, umožňuje výpočet hnací síly potřebné k udržení konstantní rychlosti kmitání v harmonickém systému. Existují také hudební aplikace; Například znát délku kytarového řetězce poskytuje metodu výpočtu rychlosti kmitání, když je dána hnací síla, a tedy i frekvence hrané noty.