Oscilácia a periodický pohyb vo fyzike

Oscilácia sa opakuje v pravidelnom cykle

Clive Streeter / Getty Images

Oscilácia sa týka opakovaného pohybu tam a späť niečoho medzi dvoma polohami alebo stavmi. Oscilácia môže byť periodický pohyb, ktorý sa opakuje v pravidelnom cykle, ako napr sínusoida — vlna s neustálym pohybom, ako pri kývaní kyvadla zo strany na stranu, alebo pohyb pružiny so závažím nahor a nadol. Okolo rovnovážneho bodu alebo strednej hodnoty nastáva oscilačný pohyb. Je tiež známy ako periodický pohyb.

Jediná oscilácia je úplný pohyb, či už hore a dole alebo zo strany na stranu, počas určitého časového obdobia.

Oscilátory

Oscilátor je zariadenie, ktoré vykazuje pohyb okolo rovnovážneho bodu. V kyvadlových hodinách dochádza k zmene z potenciálnej energie na Kinetická energia s každým švihom. V hornej časti hojdačky je potenciálna energia na maxime a táto energia sa pri páde premieňa na kinetickú energiu a je hnaná späť na druhú stranu. Teraz opäť na vrchole, kinetická energia klesla na nulu a potenciálna energia je opäť vysoká, čo poháňa spätný výkyv. Frekvencia hojdania sa prenáša pomocou ozubených kolies na označenie času. Kyvadlo časom stratí energiu na trenie, ak hodiny nie sú korigované pružinou. Moderné hodinky využívajú skôr vibrácie kremeňa a elektronických oscilátorov než pohyb kyvadla.

Oscilačný pohyb

Oscilačný pohyb v mechanickom systéme sa kýva zo strany na stranu. Pomocou kolíka a drážky sa dá previesť na rotačný pohyb (otáčanie sa v kruhu). Rovnakým spôsobom je možné zmeniť rotačný pohyb na kmitavý pohyb.

Oscilačné systémy

Oscilačný systém je objekt, ktorý sa pohybuje tam a späť a po určitom čase sa opakovane vracia do pôvodného stavu. V rovnovážnom bode na objekt nepôsobia žiadne čisté sily. Toto je bod výkyvu kyvadla, keď je vo vertikálnej polohe. Konštantná sila alebo vratná sila pôsobí na objekt, aby vyvolal oscilačný pohyb.

Premenné oscilácie

Amplitúdaje maximálny posun od bodu rovnováhy. Ak sa kyvadlo vychýli o jeden centimeter od rovnovážneho bodu pred začiatkom svojej spiatočnej cesty, amplitúda oscilácie je jeden centimeter. Obdobieje čas potrebný na úplnú spiatočnú cestu objektom a návrat do pôvodnej polohy. Ak kyvadlo začína vpravo a trvá jednu sekundu, kým sa presunie úplne doľava a ďalšiu sekundu, kým sa vráti doprava, jeho perióda je dve sekundy. Obdobie sa zvyčajne meria v sekundách. Frekvenciaje počet cyklov za jednotku času. Frekvencia sa rovná 1 vydelenému obdobím. Frekvencia sa meria v Hertzoch alebo cykloch za sekundu.

Jednoduchý harmonický pohyb

Pohyb jednoduchého harmonického oscilačného systému - keď je vratná sila priamo úmerná sile posunutia a pôsobí v smere opačnom k ​​smeru posunutia - možno opísať pomocou funkcií sínus a kosínus. Príkladom je závažie pripevnené k pružine. Keď je váha v pokoji, je v rovnováhe. Ak sa závažie stiahne dole, na hmotu pôsobí čistá vratná sila (potenciálna energia). Keď sa uvoľní, získa hybnosť (kinetickú energiu) a neustále sa pohybuje za rovnovážnym bodom, pričom získava potenciálnu energiu (obnovujúca sila), ktorá ho opäť privedie k oscilácii.

Zdroje a ďalšie čítanie

• Fitzpatrick, Richard. 'Oscilations and Waves: An Introduction, 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. 'Oscilácie, vlny a akustika.' Naí Dillí, India: I.K. Medzinárodné vydavateľstvo, 2010.