O que é movimento harmônico?

Movimento harmônico é o conceito de um sistema oscilante ou repetitivo, como um pêndulo, uma mola ou a órbita de um planeta ao redor do sol. Os sistemas em movimento harmônico conservam energia e momento, desde que a energia interna permaneça a mesma. Em um sistema real, isto é, não ideal, a perda de energia ocorre devido ao atrito, mesmo em quantidades infinitesimais, devido à colisão com moléculas. Duas qualidades principais devem existir para um sistema experimentar o movimento oscilatório: elasticidade e inércia; por causa da primeira lei de Newton, todos os objetos têm inércia. Portanto, uma fonte de elasticidade deve existir, como uma mola.

Um sistema harmônico simples inclui um ou mais objetos oscilantes fixados a uma mola ou outra fonte elástica, como um peso anexado a uma mola. O movimento do objeto altera a velocidade em um padrão sinusoidal. A força elástica que fornece o momento do objeto aumenta com a distância do centro de movimento; quanto mais longe o objeto estiver, mais força elástica será exercida. Quando o objeto chega ao fim de seu movimento, a força faz com que ele se mova para trás em velocidade crescente até a outra extremidade do caminho oscilante em que o ciclo se repete. O movimento harmônico simples é usado para ilustrar o conceito, mas não leva em consideração o atrito.

O movimento amortecido, em comparação, inclui atrito ou outras forças externas que desacelerarão o sistema e, eventualmente, farão com que ele atinja o equilíbrio, ou nenhum movimento. Quanto mais fricção houver em um sistema, mais rápido um objeto oscilante alcançará o equilíbrio. Sobrecarregar permite apenas alguns ciclos de oscilação antes do equilíbrio; amortecimento crítico cria um rápido retorno ao equilíbrio, como um amortecedor em um carro; e underdamping faz com que a oscilação diminua com o tempo. Um meio mais viscoso, como a água, cria mais atrito.

O movimento harmônico tem muitas aplicações no dia-a-dia. Qualquer tipo de sistema oscilante - seja o pêndulo de um relógio, uma mola do sistema de suspensão de um carro ou a rotação do volante de um motor - passa por uma forma de oscilação amortecida. Por exemplo, conhecer a força de atrito que causa o amortecimento permite o cálculo da força motriz necessária para manter uma taxa constante de oscilação em um sistema harmônico. Existem também aplicações musicais; saber o comprimento de uma corda de violão, por exemplo, fornece um método para calcular a taxa de oscilação quando recebe uma força motriz e, portanto, a frequência da nota tocada.