Ταλάντωση και περιοδική κίνηση στη φυσική

Η ταλάντωση αναφέρεται στην επαναλαμβανόμενη κίνηση προς τα εμπρός και προς τα πίσω σε κάτι μεταξύ δύο θέσεων ή κρατών. Μια ταλάντωση μπορεί να είναι μια περιοδική κίνηση που επαναλαμβάνεται σε έναν κανονικό κύκλο, όπως α ημιτονοειδές κύμα- ένα κύμα με διαρκή κίνηση, όπως στην περιστροφική κίνηση ενός εκκρεμούς, ή την κίνηση προς τα πάνω ενός ελατηρίου με βάρος. Μια ταλαντευόμενη κίνηση συμβαίνει γύρω από ένα σημείο ισορροπίας ή μέση τιμή. Είναι επίσης γνωστή ως περιοδική κίνηση.

Μια μόνη ταλάντωση είναι μια πλήρης κίνηση, είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω ή προς τα πλάγια, σε μια χρονική περίοδο.

Ένας ταλαντωτής είναι μια συσκευή που εμφανίζει κίνηση γύρω από ένα σημείο ισορροπίας. Σε ένα ρολόι εκκρεμούς, υπάρχει μια αλλαγή από τη δυνητική ενέργεια σε κινητική ενέργεια με κάθε κούνια. Στην κορυφή της ταλάντευσης, η δυναμική ενέργεια είναι στο μέγιστο και η ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια καθώς πέφτει και οδηγείται πίσω στην άλλη πλευρά. Τώρα και πάλι στην κορυφή, η κινητική ενέργεια έχει πέσει στο μηδέν, και η δυναμική ενέργεια είναι και πάλι υψηλή, ενεργοποιώντας την ταλάντευση επιστροφής. Η συχνότητα της ταλάντευσης μεταφράζεται με γρανάζια για να επισημανθεί ο χρόνος. Ένα εκκρεμές θα χάσει την ενέργεια με την πάροδο του χρόνου στην τριβή εάν το ρολόι δεν διορθωθεί από ένα ελατήριο. Τα σύγχρονα ρολόγια χρησιμοποιούν τις δονήσεις του χαλαζία και των ηλεκτρονικών ταλαντωτών, αντί της κίνησης των εκκρεμών.

Μία ταλαντευόμενη κίνηση σε ένα μηχανικό σύστημα είναι ταλαντευόμενη από την μία στην άλλη. Μπορεί να μεταφραστεί σε μια περιστροφική κίνηση (περιστρέφοντας γύρω από έναν κύκλο) από μια σφήνα-και-σχισμή. Η περιστροφική κίνηση μπορεί να αλλάξει σε κίνηση ταλάντωσης με την ίδια μέθοδο.

Ένα ταλαντευόμενο σύστημα είναι ένα αντικείμενο που κινείται πέρα ​​δώθε, επανειλημμένα επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση μετά από μια χρονική περίοδο. Στο σημείο ισορροπίας, δεν ασκούνται καθαρές δυνάμεις στο αντικείμενο. Αυτό είναι το σημείο της αιώρησης του εκκρεμούς όταν βρίσκεται σε κατακόρυφη θέση. Μια σταθερή δύναμη ή μια δύναμη αποκατάστασης ενεργεί στο αντικείμενο για να παράγει την ταλαντευόμενη κίνηση.

• Εύρος είναι η μέγιστη μετατόπιση από το σημείο ισορροπίας. Εάν ένα εκκρεμές αιωρείται ένα εκατοστό από το σημείο ισορροπίας πριν ξεκινήσει το ταξίδι επιστροφής του, το πλάτος της ταλάντωσης είναι ένα εκατοστό.
• Περίοδος είναι ο χρόνος που χρειάζεται για ένα πλήρες γύρο ταξίδι από το αντικείμενο, επιστρέφοντας στην αρχική του θέση. Εάν ένα εκκρεμές αρχίσει στα δεξιά και διαρκεί ένα δευτερόλεπτο για να ταξιδέψει σε όλο το δρόμο προς τα αριστερά και ένα δευτερόλεπτο για να επιστρέψει στα δεξιά, η περίοδος είναι δύο δευτερόλεπτα. Η περίοδος μετράται συνήθως σε δευτερόλεπτα.
• Συχνότητα είναι ο αριθμός κύκλων ανά μονάδα χρόνου. Συχνότητα ισούται με ένα διαιρούμενο με την περίοδο. Η συχνότητα μετράται σε Hertz ή σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο.

Η κίνηση ενός απλού αρμονικού ταλαντευόμενου συστήματος - όταν η δύναμη αποκατάστασης είναι άμεσα ανάλογη με αυτή της μετατόπιση και ενεργεί προς την κατεύθυνση αντίθετη προς εκείνη της μετατόπισης - μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας ημιτονοειδή και συνημίτονα λειτουργίες. Ένα παράδειγμα είναι ένα βάρος που συνδέεται με ένα ελατήριο. Όταν το βάρος είναι σε κατάσταση ηρεμίας, βρίσκεται σε ισορροπία. Εάν το βάρος τραβηχτεί, υπάρχει μια καθαρή δύναμη αποκατάστασης στη μάζα (πιθανή ενέργεια). Όταν απελευθερωθεί, αποκτά ορμή (κινητική ενέργεια) και συνεχίζει να κινείται πέρα ​​από το σημείο ισορροπίας, κερδίζοντας δυνητική ενέργεια (αποκαθιστώντας τη δύναμη) που θα την οδηγήσει σε ταλάντωση και πάλι.

• Fitzpatrick, Ρίτσαρντ. "Ταλαντώσεις και κύματα: Εισαγωγή", 2η έκδοση. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, Ρ.Κ. "Ταλαντώσεις, κύματα και ακουστική." Νέο Δελχί, Ινδία: Ι.Κ. Διεθνής Εκδοτικός Οίκος, 2010.