Wat is harmonische beweging?

Harmonische beweging is het concept van een oscillerend of zich herhalend systeem zoals een slinger, een veer of de baan van een planeet rond de zon. Systemen die in harmonische beweging zijn, besparen energie en momentum zolang de interne energie hetzelfde blijft. In een echt systeem, dat wil zeggen niet-ideaal, treedt energieverlies op als gevolg van wrijving, zelfs in zeer kleine hoeveelheden als gevolg van botsing met moleculen. Er moeten twee hoofdkwaliteiten bestaan ​​om een ​​systeem oscillerende beweging te laten ervaren: elasticiteit en traagheid; vanwege de eerste wet van Newton hebben alle objecten traagheid. Daarom moet een bron van elasticiteit bestaan, zoals een veer.

Een eenvoudig harmonisch systeem omvat een of meer oscillerende objecten die zijn bevestigd aan een veer of andere elastische bron, zoals een gewicht bevestigd aan een veer. De beweging van het object verandert de snelheid in een sinusvormig patroon. De elastische kracht die zorgt voor het momentum van het object neemt toe met de afstand van het middelpunt van de beweging; hoe verder weg het object is, hoe meer elastische kracht wordt uitgeoefend. Wanneer het object het einde van zijn beweging bereikt, zorgt de kracht ervoor dat het met toenemende snelheid achteruit beweegt naar het andere einde van het oscillerende pad waar de cyclus zich herhaalt. Eenvoudige harmonische beweging wordt gebruikt om het concept te illustreren, maar houdt geen rekening met wrijving.

Gedempte beweging omvat ter vergelijking wrijving of andere externe krachten die het systeem vertragen en uiteindelijk tot een evenwicht of geen beweging leiden. Hoe meer wrijving er in een systeem is, hoe sneller een oscillerend object in evenwicht komt. Overdamping laat slechts enkele oscillatiecycli toe vóór evenwicht; kritische demping zorgt voor een snelle terugkeer naar evenwicht, zoals een schokdemper in een auto; en onderdemping zorgt ervoor dat de oscillatie na verloop van tijd afneemt. Een viskeuzer medium zoals water zorgt voor meer wrijving.

Harmonische beweging kent vele toepassingen in het dagelijks leven. Elk type oscillerend systeem - of de slinger van een klok, een veer van het veersysteem van een auto of het draaien van het vliegwiel van een motor - ondergaat een vorm van gedempte oscillatie. Als u bijvoorbeeld de wrijvingskracht kent die demping veroorzaakt, kan de aandrijfkracht worden berekend die nodig is om een ​​constante oscillatiesnelheid in een harmonisch systeem te handhaven. Er zijn ook muzikale toepassingen; het kennen van de lengte van een gitaarsnaar, bijvoorbeeld, biedt een methode voor het berekenen van de oscillatiesnelheid wanneer een drijvende kracht wordt gegeven, en dus de frequentie van de gespeelde noot.