Prosty ruch harmoniczny a ruch okresowy
Ruchy okresowe i proste ruchy harmoniczne to dwa bardzo ważne typy ruchów w nauce fizyki. Prosty ruch harmoniczny jest dobrym modelem do zrozumienia złożonych ruchów okresowych. W tym artykule wyjaśnimy, czym są ruch okresowy i prosty harmoniczny, ich zastosowania, podobieństwa i wreszcie różnice.
Ruch okresowy
Ruch okresowy można uznać za dowolny ruch, który powtarza się w ustalonym okresie czasu. Planeta krążąca wokół Słońca jest ruchem okresowym. Satelita krążący wokół Ziemi jest ruchem okresowym, nawet ruch balansu jest ruchem okresowym. Większość napotykanych przez nas ruchów okresowych ma charakter kołowy lub półkolisty. Ruch okresowy ma częstotliwość. Częstotliwość oznacza, jak „często” występuje zdarzenie. Dla uproszczenia przyjmujemy częstotliwość jako liczbę wystąpień na sekundę. Ruchy okresowe mogą być jednorodne lub niejednorodne. Jednostajny ruch okresowy może mieć jednolitą prędkość kątową. Funkcje takie jak modulacja amplitudy mogą mieć podwójne okresy. Są to funkcje okresowe zawarte w innych funkcjach okresowych. Odwrotność częstotliwości ruchu okresowego daje czas na okres. Proste ruchy harmoniczne i tłumione ruchy harmoniczne są również ruchami okresowymi.
Prosty ruch harmoniczny
Prosty ruch harmoniczny definiuje się jako ruch przyjmujący postać a=– (ω2) x, gdzie „a” to przyspieszenie, a „x” to przemieszczenie od punktu równowagi. Termin ω jest stałą. Prosty ruch harmoniczny wymaga siły przywracającej. Siłą przywracającą może być sprężyna, siła grawitacyjna, siła magnetyczna lub siła elektryczna. Prosta oscylacja harmoniczna nie wyemituje żadnej energii. Całkowita energia mechaniczna systemu jest zachowana. Jeżeli konserwacja nie ma zastosowania, układ będzie układem harmonicznym tłumionym. Istnieje wiele ważnych zastosowań prostych oscylacji harmonicznych. Zegar wahadłowy jest jednym z najlepszych dostępnych prostych układów harmonicznych. Można wykazać, że okres drgań nie zależy od masy wahadła. Jeśli czynniki zewnętrzne, takie jak opór powietrza, wpłyną na ruch, w końcu zostanie on wytłumiony i zatrzyma się. Rzeczywista sytuacja to zawsze tłumione oscylacje. System mas sprężynowych jest również dobrym przykładem prostej oscylacji harmonicznej. Siła wytworzona przez elastyczność sprężyny działa w tym scenariuszu jako siła przywracająca. Ruch harmoniczny prosty można również traktować jako rzut ruchu kołowego ze stałą prędkością kątową. W punkcie równowagi energia kinetyczna układu osiąga maksimum, aw punkcie zwrotnym energia potencjalna staje się maksymalna, a energia kinetyczna zero.
Jaka jest różnica między ruchem okresowym a prostym ruchem harmonicznym?
• Prosty ruch harmoniczny jest szczególnym przypadkiem ruchu okresowego.
• Prosty ruch harmoniczny wymaga siły przywracającej, ale mogą występować ruchy okresowe, bez przywracania sił.
• Prosty ruch harmoniczny zachowuje całkowitą energię mechaniczną, ale układ okresowy niekoniecznie musi to robić.
