Oscillasjon og periodisk bevegelse i fysikk

Oscillasjon gjentar seg i en vanlig syklus

Clive Streeter / Getty Images

Oscillasjon refererer til den gjentatte frem og tilbake bevegelse av noe mellom to posisjoner eller tilstander. En oscillasjon kan være en periodisk bevegelse som gjentar seg i en vanlig syklus, for eksempel en sinusbølge —en bølge med evig bevegelse som i side-til-side sving av en pendel, eller opp-og-ned bevegelse av en fjær med en vekt. En oscillerende bevegelse skjer rundt et likevektspunkt eller en middelverdi. Det er også kjent som periodisk bevegelse.

En enkelt oscillasjon er en fullstendig bevegelse, enten opp og ned eller fra side til side, over en periode.

Oscillatorer

En oscillator er en enhet som viser bevegelse rundt et likevektspunkt. I en pendelklokke er det en endring fra potensiell energi til kinetisk energi med hver sving. På toppen av husken er potensiell energi på maksimum, og den energien omdannes til kinetisk energi når den faller og drives tilbake opp på den andre siden. Nå igjen på toppen, har kinetisk energi sunket til null, og potensiell energi er høy igjen, og driver retursvingen. Hyppigheten av svingen oversettes via gir for å markere tid. En pendel vil miste energi over tid til friksjon hvis klokken ikke blir korrigert av en fjær. Moderne klokker bruker vibrasjonene fra kvarts og elektroniske oscillatorer, i stedet for bevegelsen til pendler.

Oscillerende bevegelse

En oscillerende bevegelse i et mekanisk system svinger side til side. Det kan oversettes til en roterende bevegelse (snu seg rundt i en sirkel) med en tapp-og-spor. Roterende bevegelse kan endres til oscillerende bevegelse ved samme metode.

Oscillerende systemer

Et oscillerende system er et objekt som beveger seg frem og tilbake, og gjentatte ganger går tilbake til sin opprinnelige tilstand etter en viss tid. Ved likevektspunktet virker ingen nettokrefter på objektet. Dette er punktet i pendelsvingen når den er i vertikal posisjon. En konstant kraft eller en gjenopprettingskraft virker på objektet for å produsere den oscillerende bevegelsen.

Variabler av oscillasjon

Amplitudeer maksimal forskyvning fra likevektspunktet. Hvis en pendel svinger én centimeter fra likevektspunktet før den starter sin returreise, er svingningsamplituden én centimeter. Periodeer tiden det tar for en fullstendig rundtur med objektet, tilbake til utgangsposisjonen. Hvis en pendel starter på høyre side og bruker ett sekund på å bevege seg helt til venstre og et sekund på å gå tilbake til høyre, er perioden to sekunder. Periode måles vanligvis i sekunder. Frekvenser antall sykluser per tidsenhet. Frekvens er lik en delt på perioden. Frekvensen måles i Hertz, eller sykluser per sekund.

Enkel harmonisk bevegelse

Bevegelsen til et enkelt harmonisk oscillerende system - når gjenopprettingskraften er direkte proporsjonal med forskyvningens og virker i motsatt retning av forskyvningen - kan beskrives ved hjelp av sinus- og cosinusfunksjoner. Et eksempel er en vekt festet til en fjær. Når vekten er i ro, er den i likevekt. Hvis vekten trekkes ned, er det en netto gjenopprettingskraft på massen (potensiell energi). Når den frigjøres, får den fart (kinetisk energi) og fortsetter å bevege seg forbi likevektspunktet, og får potensiell energi (gjenopprettingskraft) som vil få den til å oscillere ned igjen.

Kilder og videre lesning

• Fitzpatrick, Richard. 'Oscillations and Waves: An Introduction,' 2. utg. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. 'Svingninger, bølger og akustikk.' New Delhi, India: I.K. International Publishing House, 2010.