¿Qué es un oscilador armónico?
Un oscilador armónico es un sistema en física que actúa de acuerdo con la ley de Hooke. Esta regla describe el comportamiento elástico y establece que la cantidad de fuerza aplicada a un resorte u otro objeto elástico es proporcional a su desplazamiento. Un sistema de oscilador armónico vuelve a su posición original cuando se elimina la fuerza del objeto elástico.
En los cursos de física, a menudo se usa un ejemplo simple de un bloque unido a una pared por un resorte para ilustrar el concepto de oscilación armónica. Se supone que la superficie sobre la que se desliza el bloque no tiene fricción. Cuando el sistema se pone en movimiento, sigue la ecuación ω 0 = 2πf 0 , que también es igual a la raíz cuadrada de la constante de resorte (k), dividida por la masa del bloque (m).
ω 0 es la velocidad angular, que tiene unidades de radianes por segundo, y f 0 es la frecuencia natural, que tiene unidades de Hertz. El período del bloque, el tiempo que lleva pasar por un ciclo completo de movimiento, es igual a uno dividido por f 0 . La constante de resorte indica qué tan rígido es el resorte y es único para cada resorte. Tiene unidades de fuerza por longitud, por ejemplo, Newtons por metro.
Este ejemplo simple se llama un oscilador armónico no amortiguado y, teoriza que dado que el bloque se mueve a lo largo de una superficie sin fricción, continuará moviéndose a la misma frecuencia para siempre. En realidad, sin embargo, tal situación no ocurriría. Los sistemas reales con fricción se denominan sistemas amortiguados, en los que el movimiento del bloque se ralentizará, el desplazamiento del resorte se acortará y el sistema finalmente dejará de moverse.
Un sistema de oscilador armónico puede estar sobreamortiguado, subamortiguado o críticamente amortiguado. Las ecuaciones diferenciales describen el movimiento de los sistemas amortiguados, por lo que su solución puede ser bastante compleja. Sin embargo, cada tipo de sistema amortiguado tiene su propio tipo de movimiento, que es fácilmente reconocible.
En un sistema sobreamortiguado, el bloque no oscila. Regresa lentamente a su posición original después de aplicar la fuerza y el resorte deja de moverse. El bloque puede oscilar durante bastante tiempo en un sistema amortiguado, con el resorte alargándose menos con cada oscilación consecutiva hasta que el sistema vuelva a descansar. Un sistema críticamente amortiguado se comporta de la misma manera que un sistema sobreamortiguado, pero está diseñado de manera óptima para volver a la posición original lo más rápido posible.
Un oscilador armónico cuántico describe cómo dos moléculas interactúan entre sí. Vibran de un lado a otro de manera similar a una masa en un resorte. En lugar de una constante de resorte, la ecuación para un oscilador armónico cuántico utiliza una constante de fuerza de enlace, que describe la fuerza del enlace entre las dos moléculas. La relación entre la velocidad angular y la frecuencia es la misma.