Värähtely vs yksinkertainen harmoninen liike
Värähtelyt ja yksinkertainen harmoninen liike ovat kahta jaksollista liikettä, joista keskustellaan fysiikassa. Värähtelyn ja yksinkertaisen harmonisen liikkeen käsitteitä käytetään laaj alti sellaisilla aloilla kuin mekaniikka, dynamiikka, kiertoradan liikkeet, koneenrakennus, aallot ja värähtelyt ja monet muut alat. Näiden käsitteiden asianmukainen ymmärtäminen on elintärkeää, jotta voit menestyä näillä aloilla. Tässä artikkelissa aiomme keskustella siitä, mitä värähtelyt ja yksinkertaiset harmoniset liikkeet ovat, värähtelyn ja yksinkertaisen harmonisen liikkeen määritelmät, niiden sovellukset, joitain esimerkkejä yksinkertaisista harmonisista liikkeistä ja värähtelyistä, niiden yhtäläisyyksistä ja lopuksi erosta värähtelyn ja yksinkertaisen harmonisen välillä liikettä.
värähtely
Väräilyt ovat eräänlaista jaksoittaista liikettä. Värähtely määritellään yleensä toistuvaksi vaihteluksi ajan kuluessa. Värähtely voi tapahtua keskitasapainopisteen yli tai kahden tilan välillä. Heiluri on hyvä esimerkki värähtelevästä liikkeestä. Värähtelyt ovat enimmäkseen sinimuotoisia. Vaihtovirta on myös hyvä esimerkki värähtelystä. Yksinkertaisessa heilurissa bob värähtelee keskitasapainopisteen yli. Vaihtovirrassa elektronit värähtelevät suljetun piirin sisällä tasapainopisteen yli. Värähtelyjä on kolmenlaisia. Ensimmäinen tyyppi on vaimentamattomat värähtelyt, joissa värähtelyn sisäinen energia pysyy vakiona. Toinen värähtelytyyppi on vaimennettu värähtely. Vaimennettujen värähtelyjen tapauksessa värähtelyn sisäinen energia pienenee ajan myötä. Kolmas tyyppi on pakotetut värähtelyt. Pakotetussa värähtelyssä heiluriin kohdistetaan voima heiluriin jaksoittaisessa vaihtelussa.
Yksinkertainen harmoninen liike
Yksinkertainen harmoninen liike määritellään liikkeeksi, joka on muotoa a=– (ω2) x, jossa "a" on kiihtyvyys ja "x" on siirtymä tasapainopisteestä. Termi ω on vakio. Yksinkertainen harmoninen liike vaatii palautusvoiman. Palautusvoima voi olla jousi, gravitaatiovoima, magneettinen voima tai sähköinen voima. Yksinkertainen harmoninen värähtely ei säteile energiaa. Järjestelmän mekaaninen kokonaisenergia säilyy. Jos säilytys ei päde, järjestelmä on vaimennettu harmoninen järjestelmä. Yksinkertaisilla harmonisilla värähtelyillä on monia tärkeitä sovelluksia. Heilurikello on yksi parhaista saatavilla olevista yksinkertaisista harmonisista järjestelmistä. Voidaan osoittaa, että värähtelyjakso ei riipu heilurin massasta. Jos ulkoiset tekijät, kuten ilmanvastus, vaikuttavat liikkeeseen, se lopulta vaimenee ja pysähtyy. Tosielämän tilanne on aina vaimentunutta värähtelyä. Täydellinen jousimassajärjestelmä on myös hyvä esimerkki yksinkertaisesta harmonisesta värähtelystä. Jousen joustavuuden synnyttämä voima toimii palautusvoimana tässä skenaariossa. Yksinkertaista harmonista liikettä voidaan pitää myös ympyräliikkeen projektiona, jonka kulmanopeus on vakio. Tasapainopisteessä järjestelmän liike-energiasta tulee maksimi, ja käännepisteessä potentiaalienergiasta tulee maksimi ja liike-energiasta nolla.
Mitä eroa on yksinkertaisen harmonisen liikkeen ja värähtelyn välillä?
• Yksinkertainen harmoninen liike on värähtelyjen erikoistapaus.
• Yksinkertainen harmoninen liike on mahdollista vain teoriassa, mutta värähtelyt ovat mahdollisia kaikissa tilanteissa.
• Yksinkertaisen harmonisen liikkeen kokonaisenergia on vakio, kun taas värähtelyn kokonaisenergian ei yleensä tarvitse olla vakio.
