Απλή αρμονική κίνηση εναντίον περιοδικής κίνησης
Οι περιοδικές κινήσεις και οι απλές αρμονικές κινήσεις είναι δύο πολύ σημαντικοί τύποι κινήσεων στη μελέτη της φυσικής. Μια απλή αρμονική κίνηση είναι ένα καλό μοντέλο για την κατανόηση των πολύπλοκων περιοδικών κινήσεων. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τι είναι η περιοδική κίνηση και η απλή αρμονική κίνηση, οι εφαρμογές, οι ομοιότητες και τέλος οι διαφορές τους.
Περιοδική κίνηση
Μια περιοδική κίνηση μπορεί να θεωρηθεί ως οποιαδήποτε κίνηση που επαναλαμβάνεται σε μια σταθερή χρονική περίοδο. Ένας πλανήτης που περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο είναι μια περιοδική κίνηση. Ένας δορυφόρος που περιστρέφεται γύρω από τη γη είναι μια περιοδική κίνηση, ακόμη και η κίνηση μιας μπάλας ισορροπίας είναι μια περιοδική κίνηση. Οι περισσότερες περιοδικές κινήσεις που συναντάμε είναι κυκλικές ή ημικυκλικές. Μια περιοδική κίνηση έχει συχνότητα. Η συχνότητα σημαίνει πόσο «συχνό» συμβαίνει το συμβάν. Για απλότητα, λαμβάνουμε τη συχνότητα ως τις εμφανίσεις ανά δευτερόλεπτο. Οι περιοδικές κινήσεις μπορεί να είναι είτε ομοιόμορφες είτε μη ομοιόμορφες. Μια ομοιόμορφη περιοδική κίνηση μπορεί να έχει ομοιόμορφη γωνιακή ταχύτητα. Λειτουργίες όπως η διαμόρφωση πλάτους μπορεί να έχουν διπλές περιόδους. Είναι περιοδικές συναρτήσεις ενθυλακωμένες σε άλλες περιοδικές συναρτήσεις. Το αντίστροφο της συχνότητας της περιοδικής κίνησης δίνει το χρόνο για μια περίοδο. Οι απλές αρμονικές κινήσεις και οι αποσβεσμένες αρμονικές κινήσεις είναι επίσης περιοδικές κινήσεις.
Απλή αρμονική κίνηση
Η απλή αρμονική κίνηση ορίζεται ως μια κίνηση που έχει τη μορφή a=– (ω2) x, όπου "a" είναι η επιτάχυνση και "x" είναι η μετατόπιση από το σημείο ισορροπίας. Ο όρος ω είναι σταθερά. Μια απλή αρμονική κίνηση απαιτεί δύναμη επαναφοράς. Η δύναμη επαναφοράς μπορεί να είναι ελατήριο, βαρυτική δύναμη, μαγνητική δύναμη ή ηλεκτρική δύναμη. Μια απλή αρμονική ταλάντωση δεν εκπέμπει ενέργεια. Η συνολική μηχανική ενέργεια του συστήματος διατηρείται. Εάν η διατήρηση δεν ισχύει, το σύστημα θα είναι ένα αποσβεσμένο αρμονικό σύστημα. Υπάρχουν πολλές σημαντικές εφαρμογές απλών αρμονικών ταλαντώσεων. Ένα ρολόι με εκκρεμές είναι ένα από τα καλύτερα απλά αρμονικά συστήματα που υπάρχουν. Μπορεί να φανεί ότι η περίοδος της ταλάντωσης δεν εξαρτάται από τη μάζα του εκκρεμούς. Εάν εξωτερικοί παράγοντες όπως η αντίσταση του αέρα επηρεάσουν την κίνηση, τελικά θα αποσβεσθεί και θα σταματήσει. Μια πραγματική κατάσταση είναι πάντα μια απόσβεση ταλάντωσης. Το σύστημα μάζας ελατηρίου είναι επίσης ένα καλό παράδειγμα για την απλή αρμονική ταλάντωση. Η δύναμη που δημιουργείται από την ελαστικότητα του ελατηρίου λειτουργεί ως δύναμη επαναφοράς σε αυτό το σενάριο. Η απλή αρμονική κίνηση μπορεί επίσης να ληφθεί ως η προβολή μιας κυκλικής κίνησης με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Στο σημείο ισορροπίας, η κινητική ενέργεια του συστήματος γίνεται μέγιστη και στο σημείο καμπής, η δυναμική ενέργεια γίνεται μέγιστη και η κινητική ενέργεια μηδενίζεται.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της περιοδικής κίνησης και της απλής αρμονικής κίνησης;
• Η απλή αρμονική κίνηση είναι μια ειδική περίπτωση περιοδικής κίνησης.
• Η απλή αρμονική κίνηση απαιτεί δύναμη επαναφοράς, αλλά μπορεί να υπάρχουν περιοδικές κινήσεις, χωρίς δυνάμεις επαναφοράς.
• Μια απλή αρμονική κίνηση διατηρεί τη συνολική μηχανική της ενέργεια, αλλά ένα περιοδικό σύστημα δεν χρειάζεται να το κάνει απαραίτητα.
