Hvad er harmonisk bevægelse?
Harmonisk bevægelse er begrebet et oscillerende eller gentagende system, såsom en pendul, en fjeder eller en planet rundt om solen. Systemer, der er i harmonisk bevægelse, sparer energi og momentum, så længe den interne energi forbliver den samme. I et faktisk system, dvs. ikke-ideelt, opstår energitab på grund af friktion, selv i uendelige mængder på grund af kollision med molekyler. Der skal findes to hovedkvaliteter for, at et system kan opleve svingende bevægelse: elasticitet og inerti; på grund af Newtons første lov har alle genstande treghed. Derfor skal der findes en kilde til elasticitet, såsom en fjeder.
Et simpelt harmonisk system inkluderer en eller flere svingende genstande, der er fastgjort til en fjeder eller anden elastisk kilde, såsom en vægt fastgjort til en fjeder. Objektets bevægelse ændrer hastigheden i et sinusformet mønster. Den elastiske kraft, der giver objektets momentum, øges med afstanden fra bevægelsescentret; jo længere væk objektet er, jo mere elastisk kraft udøves. Når objektet kommer til slutningen af dens bevægelse, får kraften den til at bevæge sig bagud med stigende hastighed til den anden ende af den svingende bane, hvor cyklussen gentager sig. Enkel harmonisk bevægelse bruges til at illustrere konceptet, men tager ikke hensyn til friktion.
Dæmpet bevægelse inkluderer til sammenligning friktion eller andre udvendige kræfter, der vil bremse systemet og til sidst få det til at nå balance eller uden bevægelse. Jo mere friktion der er i et system, jo hurtigere vil et oscillerende objekt nå ligevægt. Overdæmpning tillader kun et par svingningscyklusser før ligevægt; kritisk dæmpning skaber en hurtig tilbagevenden til ligevægt, såsom en støddæmper i en bil; og underdampning får oscillationen til at falde over tid. Et mere tyktflydende medium som vand skaber mere friktion.
Harmonisk bevægelse har mange anvendelser i det daglige liv. Enhver type oscillerende system - hvad enten et urets pendul, en fjeder fra en bils ophængssystem eller drejning af en motors svinghjul - gennemgår en form for dæmpet svingning. For eksempel kender friktionskraften, der forårsager dæmpning, det muligt at beregne den drivkraft, der er nødvendig for at opretholde en konstant svingningshastighed i et harmonisk system. Der er også musikalske applikationer; at kende længden af en guitarstreng giver for eksempel en metode til at beregne svingningshastigheden, når den får en drivkraft, og derfor hyppigheden af den spillede note.