Kmitavý pohyb

Tento článek je napsán tak, aby poskytl stručný a dobrý koncept týkající se kmitavého pohybu, jednoduchého harmonického pohybu(SHM) a několika příkladů. V každodenním životě se setkáváme s různými věcmi, ve kterých vidíme, že tyto jevy probíhají, takže si tato témata projděme.

Oscilační pohyb lze označit jako opakovaný pohyb, při kterém objekt opakuje stále stejný pohyb. Kdyby neexistovalo tření, oscilační pohyb by pokračoval donekonečna; v reálném světě se však systém nakonec ustálí do rovnováhy. Oscilační pohyb lze nalézt v celém fyzikálním světě v různých případech od oscilace jádra uranu před jeho rozpadem až po oscilaci molekul oxidu uhličitého ve vesmíru, které absorbují a přispívají ke globálnímu oteplování. Budovy a mosty podléhají oscilačnímu pohybu, někdy s katastrofálními následky. Dokonce i hvězdy oscilují. Vlny – od zvuku přes oceánské vlny až po seismické vlny v pevném zemském tělese – nakonec zahrnují kmitavý pohyb.

Na obr. 1.1 vidíme dvě veličiny, které popisují kmitavý pohyb; amplituda je maximální posun od rovnováhy a perioda je doba, za kterou se pohyb opakuje. Druhým způsobem vyjádření časových hledisek je frekvence neboli počet cyklů kmitání za jednotku času. Frekvence f a perioda T jsou komplementární způsoby vyjádření téže informace a z matematického hlediska jsou inverzní:

f=(1/T)

obr. 1.1

Frekvence se měří v hertzích (Hz) a jeden hertz se rovná jednomu cyklu kmitů za sekundu.

Prostý harmonický pohyb (SHM)

Když mluvíme o vlnění, máme jednoduchý harmonický pohyb. Jednoduchý harmonický pohyb je typem kmitavého pohybu. Jednoduchý harmonický pohyb má tři věci, které v podstatě dělá: Pohyb se vždy vrací do rovnováhy, sleduje stejnou dráhu a kmitá kolem rovnováhy. SHM vzniká, když síla nebo moment, který má tendenci obnovit rovnováhu, je přímo úměrný posunu od rovnováhy, je přímo úměrný posunu od rovnováhy. Na obr. 1.2 má hmotnost m na pružině s pružinovou konstantou k úhlovou frekvenci:

ω=√(k/m),

kde k=pružinová konstanta

m=hmotnost předmětu

obrázek 1.2 Hmotnost připevněná k pružině podléhá SHM

Použití kmitavého pohybu a SHM najdeme v různých oborech od jednoduchého kyvadla po seismoskop, od bungee lan po gumičky, pro tlumení a v mnoha dalších oborech. Kmitavý pohyb i SHM spolu souvisejí a jsou důležitými tématy v oblasti vlnění a kmitání

.