Cos'è un oscillatore armonico?

Un oscillatore armonico è un sistema di fisica che agisce secondo la legge di Hookes.Questa regola descrive il comportamento elastico e sostiene che la quantità di forza applicata a una molla, o altro oggetto elastico, è proporzionale al suo spostamento.Un sistema di oscillatore armonico ritorna nella sua posizione originale quando la forza viene rimossa dall'oggetto elastico.

Nei corsi di fisica, un semplice esempio di blocco attaccato a un muro da una molla viene spesso usato per illustrare il concetto di oscillazione armonica.Si presume che la superficie su cui il blocco scivoli sia senza attrito.Quando il sistema è impostato in movimento, segue l'equazione ω ₀ ' 2πf ₀ , che è anche uguale alla radice quadrata della costante di molla (k), divisa per la massa del blocco (M).

ω ₀ è la velocità angolare, che ha unità di radianti al secondo, e f ₀ è la frequenza naturale, che ha unità di Hertz.Il periodo del blocco mdash;Il tempo necessario per passare attraverso un ciclo completo di movimento mdash;è uguale a uno diviso per f ₀ .La costante della molla indica quanto sia rigida la molla ed è unica per ogni molla.Ha unità di forza per lunghezza, ad esempio, newton per metro.

Questo semplice esempio è chiamato oscillatore armonico non campionato e teorizza che poiché il blocco si muove lungo una superficie senza attrito, continuerà a muoversi per sempre alla stessa frequenza.In realtà, tuttavia, una situazione del genere non si verificherebbe.I sistemi reali con attrito sono chiamati sistemi smorzati, in cui il movimento del blocco rallenterà, lo spostamento della molla si più breve e il sistema alla fine smetterà di muoversi.

Un sistema di oscillatore armonico può essere sovradimensionato, sottodampito ocriticamente smorzato.Le equazioni differenziali descrivono il movimento dei sistemi smorzati, quindi la loro soluzione può essere piuttosto complessa.Ogni tipo di sistema smorzato ha il proprio tipo di movimento, tuttavia, che è facilmente riconoscibile.

In un sistema sovradimensionato, il blocco non oscilla.Ritorna lentamente nella sua posizione originale dopo l'applicazione della forza e la molla smette di muoversi.Il blocco può oscillare per un po 'di tempo in un sistema sottamposto, con la molla che si allunga in meno con ogni oscillazione consecutiva fino a quando il sistema non torna a riposare.Un sistema smorzato in modo critico si comporta più o meno allo stesso modo di un sistema sovradimensionato, ma è progettato in modo ottimale per tornare alla posizione originale il più rapidamente possibile.

Un oscillatore armonico quantistico descrive come due molecole interagiscono tra loro.Vibrano avanti e indietro in modo simile a una massa in una primavera.Invece di una costante di primavera, l'equazione per un oscillatore armonico quantico utilizza una costante di forza di legame, che descrive la forza del legame tra le due molecole.La relazione tra la velocità angolare e la frequenza è la stessa.