Kas ir harmoniskā kustība?

Harmoniskā kustība ir oscilējošas vai atkārtotas sistēmas jēdziens, piemēram, svārsts, atspere vai planētas orbīta ap sauli. Sistēmas, kas atrodas harmoniskā kustībā, saglabā enerģiju un impulsu, kamēr iekšējā enerģija paliek nemainīga. Faktiskā sistēmā, ti, neideālā, enerģijas zudumi rodas berzes dēļ pat bezgalīgi mazos daudzumos sadursmes ar molekulām dēļ. Lai sistēma piedzīvotu svārstību kustību, ir jāpastāv divām galvenajām īpašībām: elastība un inerce; Ņūtona pirmā likuma dēļ visiem objektiem ir inerce. Tāpēc ir jāpastāv elastības avotam, piemēram, atsperei.

Vienkāršā harmoniskā sistēma ietver vienu vai vairākus svārstīgus objektus, kas ir piestiprināti pie atsperes vai cita elastīga avota, piemēram, atsvara, kas piestiprināta pie atsperes. Objekta kustība maina ātrumu sinusoidālā veidā. Elastīgais spēks, kas nodrošina objekta impulsu, palielinās līdz ar attālumu no kustības centra; jo tālāk objekts atrodas, jo lielāks elastības spēks tiek iedarbināts. Kad objekts tuvojas savas kustības beigām, spēks liek tam ar pieaugošu ātrumu pārvietoties atpakaļ uz otru svārstību ceļa galu, kur cikls atkārtojas. Koncepcijas ilustrēšanai tiek izmantota vienkārša harmoniskā kustība, taču tajā nav ņemta vērā berze.

Salīdzinājumam, slāpētā kustība ietver berzi vai citus ārējos spēkus, kas palēninās sistēmas darbību un galu galā novedīs pie līdzsvara sasniegšanas vai nekustības. Jo vairāk sistēmā ir berze, jo ātrāk oscilējošs objekts sasniegs līdzsvaru. Pārmērīga slāpēšana pieļauj tikai dažus svārstību ciklus pirms līdzsvara; kritiskā amortizācija rada ātru atgriešanos līdzsvarā, piemēram, amortizators automašīnā; un nepietiekama slāpēšana izraisa svārstību samazināšanos laika gaitā. Viskozāka vide, piemēram, ūdens, rada lielāku berzi.

Harmoniskajai kustībai ir daudz pielietojumu ikdienas dzīvē. Jebkāda veida svārstību sistēma — vai tas būtu pulksteņa svārsts, atspere no automašīnas piekares sistēmas vai dzinēja spararata pagriešana — tiek pakļauta slāpētām svārstībām. Piemēram, zinot berzes spēku, kas izraisa slāpēšanu, var aprēķināt virzošo spēku, kas nepieciešams, lai harmoniskā sistēmā uzturētu nemainīgu svārstību ātrumu. Ir arī muzikāli pielietojumi; piemēram, zinot ģitāras stīgas garumu, tiek nodrošināta metode, kā aprēķināt svārstību ātrumu, ja tiek dots virzošais spēks, un līdz ar to atskaņotās nots frekvenci.