Oscilare și mișcare periodică în fizică

Oscilarea se referă la mișcarea repetată înapoi și înapoi a ceva între două poziții sau stări. O oscilație poate fi o mișcare periodică care se repetă într-un ciclu regulat, cum ar fi o undă sinusoidală - o undă cu mișcare perpetuă ca în mișcarea laterală a unui pendul sau mișcarea în sus și în jos a unui arc cu o greutate. O mișcare oscilantă are loc în jurul unui punct de echilibru sau valoare medie. Este cunoscută și sub denumirea de mișcare periodică.

O singură oscilație este o mișcare completă, fie în sus, cât și în jos sau în lateral, pe o perioadă de timp.

oscilatoare

Un oscilator este un dispozitiv care prezintă mișcare în jurul unui punct de echilibru. Într-un ceas cu pendul, se schimbă de la energia potențială la energia cinetică cu fiecare leagăn. În vârful leagănului, energia potențială este maximă, iar această energie este transformată în energie cinetică pe măsură ce cade și este condusă înapoi în cealaltă parte. Acum din nou în vârf, energia cinetică a scăzut la zero, iar energia potențială este din nou ridicată, alimentând schimbarea de întoarcere. Frecvența swingului se traduce prin angrenaje pentru a marca timpul. Un pendul va pierde energie în timp, prin frecare dacă ceasul nu este corectat de un arc. Ceasurile moderne folosesc vibrațiile oscilatoarelor de cuarț și electronice, mai degrabă decât mișcarea pendulelor.

Mișcare oscilantă

O mișcare oscilantă într-un sistem mecanic se balansează una în alta. Poate fi tradus într-o mișcare rotativă (învârtindu-se într-un cerc) printr-o priză și o fanta. Mișcarea rotativă poate fi modificată în mișcare oscilantă prin aceeași metodă.

Sisteme oscilante

Un sistem oscilant este un obiect care se mișcă înainte și înapoi, revenind în mod repetat la starea sa inițială după o perioadă de timp. În punctul de echilibru, nicio forță netă nu acționează asupra obiectului. Acesta este punctul în balansarea pendulului atunci când este în poziție verticală. O forță constantă sau o forță de restaurare acționează asupra obiectului pentru a produce mișcarea oscilantă.

Variabile de oscilare

• Amplitudine este deplasarea maximă din punctul de echilibru. Dacă un pendul se învârte cu un centimetru din punctul de echilibru înainte de a începe călătoria de întoarcere, amplitudinea oscilației este de un centimetru.
• Perioadă este timpul necesar pentru o deplasare dus-întors de către obiect, revenind la poziția inițială. Dacă un pendul începe pe dreapta și durează o secundă pentru a călători până la stânga și o altă secundă pentru a reveni la dreapta, perioada sa este de două secunde. Perioada este de obicei măsurată în secunde.
• Frecvență este numărul de cicluri pe unitatea de timp. Frecvența este egală cu una împărțită în funcție de perioadă. Frecvența este măsurată în Hertz sau cicluri pe secundă.

Simplu mișcare armonică

Mișcarea unui sistem armonic simplu oscilant - atunci când forța de restaurare este direct proporțională cu cea a deplasării și acționează în direcția opusă celei de deplasare - poate fi descrisă folosind funcții sinusoidale și cosiniene. Un exemplu este o greutate atașată de un arc. Când greutatea este în repaus, este în echilibru. Dacă greutatea este redusă, există o forță de refacere netă a masei (energia potențială). Când este eliberat, câștigă impuls (energie cinetică) și continuă să se deplaseze dincolo de punctul de echilibru, obținând energie potențială (refacerea forței) care o va conduce să oscileze din nou în jos.

Surse și lectură ulterioară

• Fitzpatrick, Richard. "Oscilări și valuri: o introducere", ediția a 2-a. Boca Raton: CRC Press, 2019. 
• Mittal, P.K. „Oscilări, valuri și acustică”. New Delhi, India: I.K. Editura Internațională, 2010.