Harmonik Osilatör Nedir?

Harmonik bir osilatör, Hooke kanununa göre hareket eden fizikte bir sistemdir. Bu kural, elastik davranışı tanımlar ve bir yaya veya başka bir elastik nesneye uygulanan kuvvet miktarının yer değiştirmesi ile orantılı olduğunu ortaya koyar. Bir elastik nesneden kuvvet çekildiğinde harmonik bir osilatör sistemi orijinal konumuna döner.

Fizik derslerinde, bir yay tarafından bir duvara tutturulmuş basit bir blok örneği, harmonik salınım kavramını göstermek için kullanılır. Bloğun kayan yüzeyinin sürtünmesiz olduğu varsayılmaktadır. Sistem harekete geçtiğinde, constant ₀ = 2 constantf ₀ denklemini izler; bu, aynı zamanda, yay sabitinin (k) kareköküne eşit olup, bloğun (m) kütlesine bölünür.

ω ₀ , saniyede radyan birimleri olan açısal hızdır ve f ₀ , Hertz birimleri olan doğal frekanstır. Bloğun periyodu - bir tam hareket döngüsünden geçmek için geçen süre - f ₀ 'a bölünür. Yay sabiti, yayın sertliğinin ne kadar sert olduğunu ve her bir yay için benzersiz olduğunu gösterir. Uzunluk başına kuvvet birimlerine sahiptir, örneğin metre başına Newton.

Bu basit örnek, sönümsüz bir harmonik osilatör olarak adlandırılır ve blok sürtünmesiz bir yüzey boyunca hareket ettiğinden sonsuza dek aynı frekansta hareket etmeye devam edeceği teorisini verir. Aslında, böyle bir durum gerçekleşmeyecekti. Sürtünmeli gerçek sistemler, bloğun hareketinin yavaşlayacağı, yayın yer değiştirmesinin kısaltacağı ve sistemin sonunda hareket etmeyi durduracağı sönümlü sistemler olarak adlandırılır.

Harmonik bir osilatör sistemi, üstesinden gelinebilir, altından geçirilebilir veya kritik olarak sönümlenebilir. Diferansiyel denklemler sönümlü sistemlerin hareketini tanımlar, bu yüzden onların çözümleri oldukça karmaşık olabilir. Her bir sönümlü sistemin türü, kolaylıkla fark edilebilen kendi hareket türüne sahiptir.

Aşırı yüklenmiş bir sistemde, blok salınmaz. Kuvvet uygulandıktan sonra yavaş yavaş orijinal konumuna geri döner ve yay hareket etmeyi bırakır. Blok, zayıf bir sistemde bir süre salınım yapabilir; yay, sistem dinlenene kadar arka arkaya gelen salınımlarla daha az uzar. Kritik olarak sönümlemiş bir sistem, abartılı bir sistemde olduğu gibi davranır, ancak mümkün olduğunca çabuk orijinal konumuna geri dönmek için en iyi şekilde tasarlanmıştır.

Kuantum harmonik bir osilatör, iki molekülün birbiriyle nasıl etkileşime girdiğini açıklar. Bir yaydaki kütleye benzer şekilde ileri geri sallanırlar. Bir yay sabiti yerine, bir kuantum harmonik osilatör denklemi, iki molekül arasındaki bağın gücünü tanımlayan bir bağlanma kuvveti sabiti kullanır. Açısal hız ve frekans arasındaki ilişki aynıdır.