Vad är harmonisk rörelse?
Harmonisk rörelse är begreppet ett oscillerande eller upprepande system som en pendel, en fjäder eller en planets omloppsbana runt solen. System som är i harmonisk rörelse sparar energi och fart så länge den inre energin förblir densamma. I ett faktiskt system, dvs icke-ideal, inträffar energiförlust på grund av friktion även i oändliga mängder på grund av kollision med molekyler. Två huvudkvaliteter måste finnas för att ett system ska uppleva svängande rörelse: elasticitet och tröghet; på grund av Newtons första lag har alla föremål tröghet. Därför måste en källa till elasticitet existera, till exempel en fjäder.
Ett enkelt harmoniskt system inkluderar ett eller flera svängande föremål som är fixerade till en fjäder eller annan elastisk källa, såsom en vikt fäst på en fjäder. Objektets rörelse förändrar hastigheten i ett sinusformat mönster. Den elastiska kraften som ger objektets momentum ökar med avståndet från rörelsecentrumet; ju längre bort objektet är, desto mer elastisk kraft utövas. När objektet kommer till slutet av sin rörelse, får kraften att det rör sig bakåt med ökande hastighet till den andra änden av den svängande banan där cykeln upprepas. Enkel harmonisk rörelse används för att illustrera konceptet, men tar inte hänsyn till friktion.
Dämpad rörelse, till jämförelse, inkluderar friktion eller andra yttre krafter som kommer att bromsa systemet och så småningom få det att nå jämvikt, eller ingen rörelse. Ju mer friktion det finns i ett system, desto snabbare kommer ett oscillerande objekt att nå jämvikt. Överdämpning tillåter endast ett fåtal svängningscykler före jämvikt; kritisk dämpning skapar en snabb återgång till jämvikt, till exempel en stötdämpare i en bil; och underdämpning får oscillationen att minska över tiden. Ett mer visköst medium som vatten skapar mer friktion.
Harmonisk rörelse har många tillämpningar i det dagliga livet. Varje typ av oscillerande system - oavsett om en klockspendel, en fjäder från bilens upphängningssystem eller vridningen av en motors svänghjul - genomgår en form av dämpad svängning. Till exempel, att känna till friktionskraften som orsakar dämpning tillåter beräkning av drivkraften som är nödvändig för att upprätthålla en konstant svängningshastighet i ett harmoniskt system. Det finns också musikaliska applikationer; att veta längden på en gitarrsträng tillhandahåller till exempel en metod för att beräkna svängningshastigheten när den ges en drivkraft, och därför frekvensen för den spelade noten.