Harmonic Motion คืออะไร?

Harmonic motion เป็นแนวคิดของการสั่นหรือทำซ้ำระบบเช่นลูกตุ้ม, สปริงหรือวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ ระบบที่มีการเคลื่อนไหวแบบฮาร์มอนิกจะอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมตราบใดที่พลังงานภายในยังคงเหมือนเดิม ในระบบที่แท้จริงคือการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการเสียดสีแม้ในปริมาณที่น้อยมากเนื่องจากการชนกับโมเลกุล ต้องมีคุณสมบัติหลักสองประการสำหรับระบบเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่แบบสั่น: ความยืดหยุ่นและความเฉื่อย เนื่องจากกฎข้อแรกของนิวตันวัตถุทั้งหมดจึงมีความเฉื่อย ดังนั้นจึงต้องมีแหล่งที่มาของความยืดหยุ่นเช่นสปริง

ระบบฮาร์มอนิกที่เรียบง่ายนั้นรวมถึงวัตถุที่สั่นอย่างน้อยหนึ่งตัวที่จับจ้องอยู่ที่สปริงหรือแหล่งยืดหยุ่นอื่น ๆ เช่นน้ำหนักที่ติดกับสปริง การเคลื่อนที่ของวัตถุเปลี่ยนแปลงความเร็วในรูปแบบของไซน์ แรงยืดหยุ่นที่ให้โมเมนตัมวัตถุเพิ่มขึ้นตามระยะทางจากจุดศูนย์กลางการเคลื่อนที่ วัตถุที่อยู่ไกลออกไปคือแรงที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น เมื่อวัตถุมาถึงจุดสิ้นสุดของการเคลื่อนไหวแรงจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปข้างหลังด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นไปยังอีกปลายหนึ่งของเส้นทางที่แกว่งไปมาซึ่งวงจรเกิดขึ้นซ้ำ การเคลื่อนไหวแบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายใช้เพื่อแสดงแนวคิด แต่ไม่คำนึงถึงความเสียดทาน

การเคลื่อนไหวแบบชื้นโดยการเปรียบเทียบนั้นรวมถึงแรงเสียดทานหรือแรงภายนอกอื่น ๆ ที่จะทำให้ระบบช้าลงและในที่สุดก็ทำให้มันไปถึงสมดุลหรือไม่มีการเคลื่อนไหว ยิ่งมีแรงเสียดทานในระบบมากเท่าไหร่วัตถุที่สั่นเร็วกว่าจะไปถึงจุดสมดุล การ overdamping อนุญาตให้มีการแกว่งเพียงไม่กี่รอบก่อนที่จะเกิดความสมดุล; วิกฤตทำให้หมาด ๆ สร้างความสมดุลกลับคืนมาอย่างรวดเร็วเช่นโช้คอัพในรถยนต์ และ underdamping ทำให้เกิดการแกว่งเมื่อเวลาผ่านไป สื่อที่มีความหนืดมากกว่าเช่นน้ำทำให้เกิดแรงเสียดทานมากขึ้น

Harmonic motion มีการใช้งานมากมายในชีวิตประจำวัน ระบบสั่นทุกชนิด - ไม่ว่าจะเป็นลูกตุ้มนาฬิกา, สปริงจากระบบช่วงล่างของรถยนต์หรือการหมุนของมู่เล่ของเครื่องยนต์ - ผ่านการสั่นแบบหน่วง ยกตัวอย่างเช่นการรู้ถึงแรงเสียดทานที่ทำให้เกิดการหน่วงทำให้สามารถคำนวณแรงผลักดันที่จำเป็นในการรักษาอัตราการแกว่งในระบบฮาร์มอนิกอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้ดนตรี; ยกตัวอย่างเช่นการรู้จักความยาวของสายกีต้าร์เป็นวิธีการคำนวณอัตราการสั่นเมื่อมีแรงผลักดันและความถี่ของโน้ตที่เล่น