Qu'est-ce qu'un oscillateur harmonique?

Un oscillateur harmonique est un système en physique qui agit selon la loi de Hooke. Cette règle décrit un comportement élastique et exprime que la quantité de force appliquée à un ressort ou à un autre objet élastique est proportionnelle à son déplacement. Un système d'oscillateur harmonique revient à sa position d'origine lorsque la force est supprimée de l'objet élastique.

Dans les cours de physique, un exemple simple d'un bloc attaché à un mur par un ressort est souvent utilisé pour illustrer le concept d'oscillation harmonique. La surface sur laquelle le bloc glisse est supposée sans friction. Lorsque le système est mis en mouvement, il suit l'équation ω _{0 = 2πf 0 , qui est également égal à la racine carrée de la constante de ressort (k), divisée par la masse du bloc (m).}

ω _{0 est la vitesse angulaire, qui a des unités par seconde, et f de Hertz. La période du bloc - le temps nécessaire pour passer par un seulE cycle de mouvement - est égal à celui divisé par F . La constante de ressort indique à quel point le ressort est raide et est unique à chaque printemps. Il a des unités de force par longueur, par exemple, des newtons par mètre.}

Cet exemple simple est appelé un oscillateur harmonique non amorti et, théorise que puisque le bloc se déplace le long d'une surface sans frottement, il continuera de se déplacer à la même fréquence pour toujours. En réalité, cependant, une telle situation ne se produirait pas. Les systèmes réels avec frottement sont appelés systèmes amortis, dans lesquels le mouvement du bloc ralentira, le déplacement du ressort deviendra plus court et le système cessera finalement de bouger.

Un système d'oscillateur harmonique peut être suradampé, sous-sommé ou gravement amorti. Les équations différentielles décrivent le mouvement des systèmes amortis, de sorte que leur solution peut être assez complexe. Chaque type de système amorti a son propre type deMouvement, cependant, qui est facilement reconnaissable.

Dans un système suradampé, le bloc n'oscille pas. Il revient lentement à sa position d'origine après l'application de la force et le ressort cesse de se déplacer. Le bloc peut osciller pendant un certain temps dans un système sous-amorti, le ressort allongeant moins à chaque oscillation consécutive jusqu'à ce que le système revienne au repos. Un système gravement amorti se comporte à peu près de la même manière qu'un système suradampé, mais il est conçu de manière optimale pour revenir à la position d'origine le plus rapidement possible.

Un oscillateur harmonique quantique décrit comment deux molécules interagissent entre elles. Ils vibrent d'avant en arrière d'une manière similaire à une masse au printemps. Au lieu d'une constante de ressort, l'équation d'un oscillateur harmonique quantique utilise une constante de force de liaison, qui décrit la force de la liaison entre les deux molécules. La relation entre la vitesse angulaire et la fréquence est la même.