Co to jest ruch harmoniczny?
Ruch harmoniczny to koncepcja oscylującego lub powtarzającego się układu, takiego jak wahadło, sprężyna lub orbita planety wokół Słońca. Układy, które poruszają się harmonicznie, oszczędzają energię i pęd, dopóki energia wewnętrzna pozostaje taka sama. W rzeczywistym systemie, tj. Nieidealnym, utrata energii występuje z powodu tarcia nawet w nieskończenie małych ilościach z powodu zderzenia z cząsteczkami. Aby system mógł doświadczać ruchu oscylacyjnego, muszą istnieć dwie główne cechy: elastyczność i bezwładność; z powodu pierwszego prawa Newtona wszystkie obiekty mają bezwładność. Dlatego musi istnieć źródło elastyczności, takie jak sprężyna.
Prosty układ harmoniczny obejmuje jeden lub więcej obiektów oscylacyjnych, które są przymocowane do sprężyny lub innego elastycznego źródła, takiego jak obciążnik przymocowany do sprężyny. Ruch obiektu zmienia prędkość w układzie sinusoidalnym. Siła sprężysta, która zapewnia pęd obiektowi, rośnie wraz z odległością od środka ruchu; im dalej znajduje się przedmiot, tym bardziej wywierana jest siła sprężysta. Kiedy obiekt zbliża się do końca ruchu, siła powoduje, że porusza się on do tyłu ze zwiększoną prędkością do drugiego końca ścieżki oscylacyjnej, w której cykl się powtarza. Prosty ruch harmoniczny służy do zilustrowania koncepcji, ale nie uwzględnia tarcia.
Dla porównania ruch tłumiony obejmuje tarcie lub inne siły zewnętrzne, które spowalniają system i ostatecznie powodują, że osiąga on równowagę lub brak ruchu. Im więcej tarcia występuje w układzie, tym szybciej oscylujący obiekt osiągnie równowagę. Overdamping pozwala tylko na kilka cykli oscylacji przed osiągnięciem równowagi; krytyczne tłumienie powoduje szybki powrót do równowagi, np. amortyzator w samochodzie; a zanik tłumienia powoduje z czasem zmniejszenie oscylacji. Środek bardziej lepki, taki jak woda, powoduje większe tarcie.
Ruch harmoniczny ma wiele zastosowań w codziennym życiu. Każdy rodzaj układu oscylacyjnego - czy to wahadło zegara, sprężyna z układu zawieszenia samochodu, czy obracanie koła zamachowego silnika - podlega pewnej formie tłumienia drgań. Na przykład znajomość siły tarcia powodującej tłumienie umożliwia obliczenie siły napędowej niezbędnej do utrzymania stałej prędkości oscylacji w układzie harmonicznym. Istnieją również aplikacje muzyczne; Na przykład znajomość długości struny gitarowej zapewnia metodę obliczania prędkości oscylacji przy danej sile napędowej, a tym samym częstotliwości granej nuty.