Hva er harmonisk bevegelse?

Harmonisk bevegelse er konseptet med et oscillerende, eller gjentagende system, for eksempel en pendel, en fjær eller en bane rundt en planet rundt solen. Systemer som er i harmonisk bevegelse sparer energi og fart, så lenge den indre energien forblir den samme. I et faktisk system, dvs. ikke-ideelt, oppstår energitap på grunn av friksjon selv i uendelige mengder på grunn av kollisjon med molekyler. To hovedkvaliteter må eksistere for at et system skal oppleve svingende bevegelse: elastisitet og treghet; på grunn av Newtons første lov, har alle objekter treghet. Derfor må det finnes en kilde til elastisitet, for eksempel en fjær.

Et enkelt harmonisk system inkluderer en eller flere svingende gjenstander som er festet til en fjær eller annen elastisk kilde, for eksempel en vekt festet til en fjær. Objektets bevegelse endrer hastigheten i et sinusformet mønster. Den elastiske kraften som gir gjenstandens momentum øker med avstanden fra bevegelsessenteret; jo lenger bort gjenstanden er, desto mer elastisk kraft utøves. Når objektet kommer til slutten av bevegelsen, får kraften den til å bevege seg bakover med økende hastighet til den andre enden av den svingende banen der syklusen gjentar seg. Enkel harmonisk bevegelse brukes for å illustrere konseptet, men tar ikke hensyn til friksjon.

Dempet bevegelse inkluderer til sammenligning friksjon eller andre ytre krefter som vil bremse systemet og til slutt føre til at det når likevekt, eller ingen bevegelse. Jo mer friksjon det er i et system, jo ​​raskere vil en oscillerende gjenstand nå likevekt. Overdemping tillater bare noen få svingninger av svingninger før likevekt; kritisk demping skaper en rask retur til likevekt, for eksempel en støtdemper i en bil; og underdamping gjør at svingningen avtar over tid. Et mer tyktflytende medium som vann skaper mer friksjon.

Harmonisk bevegelse har mange bruksområder i det daglige. Enhver type oscillerende system - enten en klokke pendel, en fjær fra bilens fjæringssystem eller dreining av motorens svinghjul - gjennomgår en form for dempet svingning. For eksempel, å kjenne til friksjonskraften som forårsaker demping tillater beregning av drivkraften som er nødvendig for å opprettholde en konstant svingningshastighet i et harmonisk system. Det er også musikalske applikasjoner; å vite lengden på en gitarstreng, for eksempel, gir en metode for å beregne frekvensen av svingningen når man får en drivkraft, og derfor hyppigheten av noten som spilles.