Oszillatorische Bewegung
Dieser Artikel wird geschrieben, um ein kurzes und gutes Konzept bezüglich der oszillatorischen Bewegung, der einfachen harmonischen Bewegung (SHM) und einiger Beispiele zu geben. In unserem täglichen Leben begegnen wir verschiedenen Dingen, in denen wir diese Phänomene sehen, also lassen Sie uns diese Themen durchgehen.
Oszillatorische Bewegung kann als die wiederholte Bewegung bezeichnet werden, in der ein Objekt die gleiche Bewegung immer wieder wiederholt. Wenn es keine Reibung gäbe, würde die oszillatorische Bewegung ewig andauern; in der realen Welt stellt sich das System jedoch schließlich in ein Gleichgewicht ein. Oszillationsbewegungen sind in der gesamten physikalischen Welt in verschiedenen Fällen zu finden, von der Schwingung des Urankerns vor seiner Spaltung bis hin zu den Kohlendioxidmolekülen, die im Universum schwingen, absorbieren und zur globalen Erwärmung beitragen. Gebäude und Brücken sind Schwingungen unterworfen, manchmal mit katastrophalen Folgen. Sogar Sterne schwingen. Wellen – vom Schall über Meereswellen bis hin zu seismischen Wellen in der festen Erde – sind letztlich mit einer Schwingungsbewegung verbunden.
In Abbildung 1.1 sehen wir zwei Größen, die die Schwingungsbewegung beschreiben: Die Amplitude ist die maximale Abweichung vom Gleichgewicht, und die Periode ist die Zeit, die die Bewegung benötigt, um sich zu wiederholen. Die andere Möglichkeit, den zeitlichen Aspekt auszudrücken, ist die Frequenz, d. h. die Anzahl der Schwingungszyklen pro Zeiteinheit. Frequenz f und Periode T sind komplementäre Arten, dieselbe Information zu vermitteln, und mathematisch gesehen sind sie invers:
f=(1/T)
Abb. 1.1
Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen, und ein Hertz entspricht einem Schwingungszyklus pro Sekunde.
Einfache harmonische Bewegung (SHM)
Wenn wir über Wellen sprechen, haben wir eine einfache harmonische Bewegung. Die einfache harmonische Bewegung ist eine Art von Schwingungsbewegung. Eine einfache harmonische Bewegung hat drei Dinge, die sie grundsätzlich tut: Die Bewegung kehrt immer ins Gleichgewicht zurück, folgt dem gleichen Weg und schwingt um das Gleichgewicht herum. Eine harmonische Bewegung entsteht, wenn die Kraft oder das Drehmoment, das zur Wiederherstellung des Gleichgewichts beiträgt, direkt proportional zur Abweichung vom Gleichgewicht ist. In Abb. 1.2 hat eine Masse m an einer Feder mit der Federkonstante k eine Winkelfrequenz:
ω=√(k/m),
wobei k= Federkonstante
m=Masse eines Objekts
Abb. 1.2 Eine Masse, die an einer Feder befestigt ist, erfährt SHM
Wir können die Verwendung von Schwingungsbewegung und SHM in verschiedenen Bereichen finden, von einem einfachen Pendel bis zum Seismographen, von Bungee-Seilen bis zu Gummibändern, zur Dämpfung und in vielen anderen Bereichen. Oszillatorische Bewegung und SHM sind miteinander verbunden und sind wichtige Themen im Bereich Wellen und Schwingungen.