Qu'est-ce qu'un mouvement harmonique?
Le mouvement harmonique est le concept d'un système oscillant ou répétitif tel qu'un pendule, un ressort ou l'orbite d'une planète autour du soleil. Les systèmes en mouvement harmonique préservent l'énergie et la quantité de mouvement tant que l'énergie interne reste la même. Dans un système réel, c'est-à-dire non idéal, la perte d'énergie est due au frottement, même en quantité infinitésimale, à cause de la collision avec des molécules. Deux qualités principales doivent exister pour qu'un système fasse l'expérience d'un mouvement oscillatoire: l'élasticité et l'inertie; à cause de la première loi de Newton, tous les objets ont une inertie. Par conséquent, une source d'élasticité doit exister, telle qu'un ressort.
Un système harmonique simple comprend un ou plusieurs objets oscillants qui sont fixés à un ressort ou à une autre source élastique, tels qu'un poids attaché à un ressort. Le mouvement de l'objet modifie la vitesse selon un motif sinusoïdal. La force élastique qui donne à l’objet l’élan nécessaire augmente avec la distance entre le centre du mouvement; plus l'objet est éloigné, plus la force élastique est exercée. Lorsque l'objet arrive à la fin de son mouvement, la force le fait reculer à une vitesse croissante jusqu'à l'autre extrémité de la trajectoire oscillante où le cycle se répète. Un simple mouvement harmonique est utilisé pour illustrer le concept, mais ne prend pas en compte les frictions.
Le mouvement amorti, par comparaison, inclut des frictions ou d'autres forces extérieures qui ralentiront le système et le feront éventuellement atteindre l'équilibre, voire aucun mouvement. Plus il y a de friction dans un système, plus vite un objet oscillant atteindra l'équilibre. Le suramortissement ne permet que quelques cycles d’oscillation avant l’équilibre; Un amortissement critique crée un retour rapide à l'équilibre, tel qu'un amortisseur dans une voiture; et un amortissement insuffisant fait que l'oscillation diminue avec le temps. Un milieu plus visqueux tel que l'eau crée plus de friction.
Le mouvement harmonique a de nombreuses applications dans la vie quotidienne. Tout type de système oscillant - qu’il s’agisse d’un pendule d’horloge, d’un ressort de suspension d’une voiture ou de la rotation d’un volant moteur - est soumis à une forme d’oscillation atténuée. Par exemple, connaître la force de frottement à l'origine de l'amortissement permet de calculer la force motrice nécessaire pour maintenir un taux d'oscillation constant dans un système harmonique. Il y a aussi des applications musicales; La connaissance de la longueur d'une corde de guitare, par exemple, fournit une méthode de calcul du taux d'oscillation quand une force motrice est donnée, et donc de la fréquence de la note jouée.