Qu'est-ce qu'un oscillateur harmonique?
Un oscillateur harmonique est un système en physique qui agit selon la loi de Hooke. Cette règle décrit le comportement élastique et avance que la quantité de force appliquée à un ressort, ou à un autre objet élastique, est proportionnelle à son déplacement. Un système d'oscillateur harmonique revient à sa position d'origine lorsque la force est retirée de l'objet élastique.
Dans les cours de physique, un exemple simple de bloc attaché à un mur par un ressort est souvent utilisé pour illustrer le concept d'oscillation harmonique. La surface sur laquelle le bloc glisse est supposée être sans frottement. Lorsque le système est mis en marche, il suit l'équation 0 = 2πf 0 , qui est égale à la racine carrée de la constante du ressort (k), divisée par la masse du bloc (m).
0 est la vitesse angulaire, qui a des unités de radians par seconde, et f 0, la fréquence naturelle, qui a des unités de Hertz. La période du bloc (le temps nécessaire pour effectuer un cycle complet de mouvement) est égale à un divisé par f 0 . La constante de ressort indique la raideur du ressort et est unique pour chaque ressort. Il a des unités de force par longueur, par exemple, des Newton par mètre.
Cet exemple simple s'appelle un oscillateur harmonique non amorti et, théorise le fait que puisque le bloc se déplace le long d'une surface sans frottement, il continuera à se déplacer à la même fréquence pour toujours. En réalité, cependant, une telle situation ne se produirait pas. Les systèmes réels à friction sont appelés systèmes amortis, dans lesquels le mouvement du bloc ralentit, le déplacement du ressort devient plus court et le système finit par arrêter de bouger.
Un système d'oscillateur harmonique peut être suramorti, sous-amorti ou fortement amorti. Les équations différentielles décrivent le mouvement des systèmes amortis, de sorte que leur solution peut être assez complexe. Chaque type de système amorti a son propre type de mouvement, qui est facilement reconnaissable.
Dans un système suramorti, le bloc n’oscille pas. Il revient lentement à sa position initiale une fois la force appliquée et le ressort arrêté. Le bloc peut osciller pendant un certain temps dans un système insuffisamment amorti, le ressort s'allongeant moins avec chaque oscillation consécutive jusqu'à ce que le système revienne au repos. Un système fortement amorti se comporte de la même manière qu'un système suramorti, mais il est conçu de manière optimale pour revenir à la position d'origine le plus rapidement possible.
Un oscillateur harmonique quantique décrit comment deux molécules interagissent l'une avec l'autre. Ils vibrent d'avant en arrière de la même manière qu'une masse sur un ressort. Au lieu d'une constante de ressort, l'équation pour un oscillateur harmonique quantique utilise une constante de force de liaison, qui décrit la force de la liaison entre les deux molécules. La relation entre la vitesse angulaire et la fréquence est la même.