Harmonic Oscillator คืออะไร?

ออสซิลเลเตอร์เสียงประสานเป็นระบบทางฟิสิกส์ที่ทำหน้าที่ตามกฎของฮุค กฎนี้อธิบายพฤติกรรมยืดหยุ่นและทำให้ปริมาณของแรงที่ใช้กับสปริงหรือวัตถุยืดหยุ่นอื่น ๆ เป็นสัดส่วนกับการกระจัด ระบบออสซิลเลเตอร์ฮาร์มอนิกจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมเมื่อแรงถูกดึงออกจากวัตถุยืดหยุ่น

ในหลักสูตรฟิสิกส์ตัวอย่างง่ายๆของบล็อกที่ติดกับกำแพงโดยสปริงมักใช้เพื่อแสดงแนวคิดของการสั่นของฮาร์โมนิก พื้นผิวที่บล็อกภาพนิ่งบนจะถือว่าไม่มีแรงเสียดทาน เมื่อระบบตั้งค่าให้เคลื่อนไหวจะเป็นไปตามสมการω 0 = 2πf 0 ซึ่งเท่ากับรากที่สองของค่าคงที่ของสปริง (k) หารด้วยมวลของบล็อก (m)

ω 0 คือความเร็วเชิงมุมซึ่งมีหน่วยเรเดียนต่อวินาทีและ f 0 คือความถี่ธรรมชาติซึ่งมีหน่วยของเฮิรตซ์ ระยะเวลาของบล็อก - เวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ - เท่ากับหนึ่งหารด้วย f 0 ค่าคงที่ของฤดูใบไม้ผลิบ่งบอกถึงความแข็งของสปริงและเป็นเอกลักษณ์ของแต่ละสปริง มันมีหน่วยแรงต่อความยาวตัวอย่างเช่นนิวตันต่อเมตร

ตัวอย่างง่ายๆนี้เรียกว่า oscillator ฮาร์มอนิกที่ไม่มีการประทับและทำให้ทฤษฎีว่าตั้งแต่บล็อกเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวที่ไม่มีแรงเสียดทานมันจะเคลื่อนที่ต่อไปที่ความถี่เดิมตลอดไป อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงสถานการณ์ดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้น ระบบจริงที่มีแรงเสียดทานเรียกว่าระบบหน่วงซึ่งการเคลื่อนที่ของบล็อกจะช้าลงการกระจัดของสปริงจะสั้นลงและในที่สุดระบบจะหยุดเคลื่อนไหว

ระบบออสซิลเลเตอร์ฮาร์มอนิกอาจมีการ overamped, underdamped หรือชื้น สมการเชิงอนุพันธ์อธิบายการเคลื่อนที่ของระบบหน่วงดังนั้นการแก้ปัญหาของพวกมันจึงค่อนข้างซับซ้อน ระบบหน่วงแต่ละประเภทมีประเภทการเคลื่อนที่เป็นของตัวเองซึ่งสามารถจดจำได้ง่าย

ในระบบ overdamped บล็อกจะไม่สั่น มันจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมอย่างช้าๆหลังจากแรงถูกนำไปใช้และสปริงหยุดเคลื่อนที่ บล็อกอาจสั่นอยู่ครู่หนึ่งในระบบ underdamped โดยสปริงจะมีความยาวน้อยลงเมื่อมีการแกว่งต่อเนื่องกันจนกระทั่งระบบกลับสู่การพัก ระบบที่มีการหน่วงอย่างยิ่งนั้นจะทำงานในลักษณะเดียวกับระบบที่มีการโอเวอร์โหลดมากเกินไป แต่มันก็ได้รับการออกแบบมาอย่างเหมาะสมเพื่อกลับสู่ตำแหน่งเดิมโดยเร็วที่สุด

ควอนตัมฮาร์มอนิกส์ออสซิลเลเตอร์อธิบายว่าโมเลกุลสองโมเลกุลมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างไร พวกมันสั่นไปมาในลักษณะที่คล้ายคลึงกับมวลในฤดูใบไม้ผลิ แทนที่จะเป็นค่าคงที่ในฤดูใบไม้ผลิสมการของออสซิลลาสควอนตัมควอนตัมใช้ค่าคงที่ของแรงยึดเหนี่ยวซึ่งอธิบายความแข็งแรงของพันธะระหว่างโมเลกุลทั้งสอง ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วเชิงมุมกับความถี่นั้นเท่ากัน