Co to jest oscylator harmoniczny?

Oscylator harmoniczny to system fizyki, który działa zgodnie z prawem Hooke. Ta reguła opisuje zachowanie sprężyste i przedstawia, że ​​ilość siły zastosowanej do sprężyny lub inny obiekt sprężysty jest proporcjonalny do jego przemieszczenia. System oscylatora harmonicznego powraca do swojej pierwotnej pozycji, gdy siła jest usuwana z obiektu sprężystego.

W kursach fizyki często stosuje się prosty przykład bloku przymocowanego do ściany sprężyny do ilustracji koncepcji oscylacji harmonicznej. Zakłada się, że powierzchnia, na której blok się przesuwa, jest bezrcia. Gdy system jest ustawiony na ruch, podąża za równaniem ω _{0 = 2πf 0 , który jest również równy korzeniu kwadratowym stałej sprężyny (k), podzielonej przez masę bloku (m).}

ω 0 jest prędkością kątową, która ma prędkość kątową, która ma jednostki radian na sekundę, a f 0

, która ma UNITITS. Hertz. Okres bloku - czas potrzebny na przejście przez jeden ukończenieCykl ruchu - jest równy jeden podzielony przez F 0

Ten prosty przykład nazywa się nieokreślonym oscylatorem harmonicznym i teoretyzuje, że ponieważ blok porusza się wzdłuż powierzchni bez tarcia, będzie nadal poruszał się z tą samą częstotliwością na zawsze. W rzeczywistości taka sytuacja nie wystąpiłaby taka sytuacja. Prawdziwe systemy z tarciem nazywane są systemami tłumionymi, w których ruch bloku zwolni, przemieszczenie sprężyny stanie się krótsze, a system ostatecznie przestanie się poruszać.

System oscylatora harmonicznego może być przedłużony, niewytłuszczony lub krytycznie tłumiony. Równania różniczkowe opisują ruch tłumionych układów, dzięki czemu ich rozwiązanie może być dość złożone. Każdy rodzaj tłumionego systemu ma swój własny rodzajruch, który jest łatwo rozpoznawalny.

W systemie przesadzonym blok nie oscyluje. Powoli powoli wraca do pierwotnej pozycji po nałożeniu siły, a sprężyna przestaje się poruszać. Blok może oscylować przez dłuższy czas w systemie niewypowiedzianym, a sprężyna wydłuża się mniej z każdą kolejną oscylacją, dopóki system nie powróci do odpoczynku. Krytycznie tłumiony system zachowuje się w taki sam sposób, jak system przesadzony, ale jest optymalnie zaprojektowany, aby jak najszybciej powrócić do pierwotnej pozycji.

Oscylator harmoniczny kwantowy opisuje, w jaki sposób dwie cząsteczki oddziałują ze sobą. Wibrują tam iz powrotem w podobny sposób jak masa na sprężynie. Zamiast stałej sprężyny równanie dla oscylatora harmonicznego kwantowego stosuje stałą siłę wiązania, która opisuje wytrzymałość wiązania między dwiema cząsteczkami. Związek między prędkością kątową a częstotliwością jest taki sam.