Co to jest oscylator harmoniczny?

Oscylator harmoniczny to system fizyki, który działa zgodnie z prawem Hookesa.Ta reguła opisuje zachowanie sprężyste i przedstawia, że ilość siły zastosowanej do sprężyny lub inny obiekt sprężysty jest proporcjonalny do jego przemieszczenia.System oscylatora harmonicznego powraca do pierwotnej pozycji, gdy siła jest usuwana z obiektu sprężystego.

Na kursach fizyki często stosuje się prosty przykład bloku przymocowanego do ściany przez sprężynę do ilustracji koncepcji oscylacji harmonicznej.Zakłada się, że powierzchnia, na której blok się przesuwa, jest bezrcia.Gdy system jest ustawiony na ruch, podąża za równaniem ω ₀ ' 2πf ₀ , który jest również równy korzeniu kwadratowym stałej sprężyny (k), podzielonej przez masę bloku (m).

ω ₀ to prędkość kątowa, która ma jednostki radian na sekundę, a F ₀ to częstotliwość naturalna, która ma jednostki Hertz.Okres bloku mdash;czas potrzebny na przejście przez jeden pełny cykl ruchu i mdash;jest równe jednemu podzielone przez f ₀ .Stała sprężyna wskazuje, jak sztywna jest sprężyna i jest unikalna dla każdej wiosny.Ma jednostki siły na długość, na przykład Newtony na metr.

Ten prosty przykład nazywa się niefałowanym oscylatorem harmonicznym i teoretyzuje, że ponieważ blok porusza się wzdłuż powierzchni bez tarcia, będzie nadal poruszał się na tę samą częstotliwość na zawsze.W rzeczywistości taka sytuacja nie wystąpiłaby taka sytuacja.Prawdziwe systemy z tarciem nazywane są systemami tłumionymi, w których ruch bloku zwolni, przemieszczenie sprężyny stanie się krótsze, a system ostatecznie przestanie się poruszać.

Harmoniczny system oscylatorów może zostać przesadzony, niedostateczny, lubkrytycznie tłumiony.Równania różniczkowe opisują ruch tłumionych układów, dzięki czemu ich rozwiązanie może być dość złożone.Każdy rodzaj tłumionego systemu ma jednak swój własny rodzaj ruchu, który jest łatwo rozpoznawalny.

W systemie nadmiernie oszołomionym blok nie oscyluje.Powoli powoli wraca do pierwotnej pozycji po nałożeniu siły, a sprężyna przestaje się poruszać.Blok może oscylować przez dłuższy czas w systemie niewypowiedzianym, a sprężyna wydłuża się mniej z każdą kolejną oscylacją, dopóki system nie powróci do odpoczynku.Krytycznie tłumiony system zachowuje się w taki sam sposób, jak system przesadzony, ale jest optymalnie zaprojektowany, aby jak najszybciej powrócić do pierwotnej pozycji.

Oscylator harmoniczny kwantowy opisuje, w jaki sposób dwie cząsteczki oddziałują ze sobą.Wibrują tam iz powrotem w podobny sposób jak masa na sprężynie.Zamiast stałej sprężyny równanie dla oscylatora harmonicznego kwantowego stosuje stałą siłę wiązania, która opisuje wytrzymałość wiązania między dwiema cząsteczkami.Związek między prędkością kątową a częstotliwością jest taki sam.