Oscylacja i ruch okresowy w fizyce

Oscylacja odnosi się do powtarzającego się ruchu czegoś pomiędzy dwiema pozycjami lub stanami. Oscylacja może być ruchem okresowym, który powtarza się w regularnym cyklu, takim jak a sinusoida- fala o ciągłym ruchu, jak w wahadle wahadłowym z boku na bok lub w górę i w dół sprężyny o ciężarze. Ruch oscylacyjny występuje wokół punktu równowagi lub wartości średniej. Jest również znany jako ruch okresowy.

Pojedyncza oscylacja to całkowity ruch, zarówno w górę, w dół, jak i na boki, w pewnym okresie czasu.

Oscylator to urządzenie, które wykazuje ruch wokół punktu równowagi. W zegarze wahadłowym następuje zmiana z energii potencjalnej na energia kinetyczna z każdym zamachem. Na szczycie huśtawki energia potencjalna jest maksymalna, a energia ta zamienia się w energię kinetyczną, gdy spada i jest przenoszona z powrotem na drugą stronę. Znów na górze energia kinetyczna spadła do zera, a energia potencjalna znów jest wysoka, napędzając ruch powrotny. Częstotliwość huśtania jest tłumaczona za pomocą kół zębatych w celu oznaczenia czasu. Wahadło z czasem traci energię na tarcie, jeśli zegar nie zostanie skorygowany przez sprężynę. Nowoczesne zegarki wykorzystują wibracje kwarcowe i elektroniczne oscylatory zamiast ruchu wahadła.

Ruch oscylacyjny w układzie mechanicznym kołysze się na boki. Można go przełożyć na ruch obrotowy (obracając się w kółko) za pomocą kołka i szczeliny. Ruch obrotowy można zmienić na ruch oscylacyjny tą samą metodą.

Układ oscylacyjny to obiekt, który porusza się do przodu i do tyłu, po pewnym czasie wraca do stanu początkowego. W punkcie równowagi żadna siła netto nie działa na obiekt. Jest to punkt wahania wahadła, gdy jest on w pozycji pionowej. Stała siła lub siła przywracająca działa na przedmiot, powodując ruch oscylacyjny.

• Amplituda jest maksymalnym przesunięciem od punktu równowagi. Jeżeli wahadło odchyli się o jeden centymetr od punktu równowagi przed rozpoczęciem podróży powrotnej, amplituda oscylacji wynosi jeden centymetr.
• Kropka to czas potrzebny na pełną podróż w obie strony przez obiekt i powrót do jego początkowej pozycji. Jeśli wahadło zaczyna się po prawej stronie i zajmuje jedną sekundę, aby przejść całkowicie w lewo, a drugą sekundę, aby powrócić w prawo, jego okres wynosi dwie sekundy. Okres mierzony jest zwykle w sekundach.
• Częstotliwość to liczba cykli na jednostkę czasu. Częstotliwość równa się jednej podzielonej przez okres. Częstotliwość jest mierzona w hercach lub cyklach na sekundę.

Ruch prostego harmonicznego układu oscylacyjnego - gdy siła przywracająca jest wprost proporcjonalna do siły przesunięcie i działa w przeciwnym kierunku niż przesunięcie - można to opisać za pomocą sinusa i cosinusa Funkcje. Przykładem jest ciężar przymocowany do sprężyny. Kiedy ciężar jest w spoczynku, jest w równowadze. Jeżeli ciężar jest obniżony, na masę działa siła przywracająca (energia potencjalna). Po uwolnieniu nabiera pędu (energii kinetycznej) i porusza się poza punkt równowagi, zyskując energię potencjalną (siłę przywracającą), która napędza ją w oscylacji w dół.

• Fitzpatrick, Richard. „Oscillations and Waves: An Introduction”, wyd. 2. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. „Oscylacje, fale i akustyka”. New Delhi, Indie: I.K. Międzynarodowe wydawnictwo, 2010.