Värähtelyliike

Tämä artikkeli on kirjoitettu antamaan lyhyt ja hyvä käsite värähtelyliikkeestä, yksinkertaisesta harmonisesta liikkeestä(SHM)ja muutamasta esimerkistä. Jokapäiväisessä elämässämme törmäämme erilaisiin asioihin, joissa näemme näitä ilmiöitä tapahtuvan, joten käydään nämä aiheet läpi.

Oscillatory motion can be termed as the repeated motion in which an object repeates the same movement over and over. Ilman kitkaa värähtelevä liike jatkuisi ikuisesti; mutta todellisessa maailmassa järjestelmä asettuu lopulta tasapainoon. Värähtelevää liikettä esiintyy kaikkialla fysikaalisessa maailmassa eri tapauksissa aina uraaniytimen värähtelystä ennen sen halkeamista maailmankaikkeudessa värähteleviin hiilidioksidimolekyyleihin, jotka absorboivat ja edistävät ilmaston lämpenemistä. Rakennuksissa ja silloissa tapahtuu värähtelevää liikettä, joskus katastrofaalisin seurauksin. Jopa tähdet värähtelevät. Aaltoihin – äänestä valtamerten aaltoihin ja seismisiin aaltoihin kiinteässä maassa – liittyy viime kädessä värähtelevää liikettä.

Tässä kuvassa 1.1 näkyy kaksi suuretta, jotka kuvaavat värähtelevää liikettä; amplitudi on suurin siirtymä tasapainosta, ja jakso on aika, joka kuluu liikkeen toistamiseen. Toinen tapa ilmaista aikanäkökohtia on taajuus eli värähtelyjaksojen määrä aikayksikköä kohti. Taajuus f ja jakso T ovat toisiaan täydentäviä tapoja välittää sama tieto, ja matemaattisesti ne ovat käänteisiä:

f=(1/T)

kuva 1.1

Taajuus mitataan hertseinä (Hz), ja yksi hertsi vastaa yhtä värähtelyjaksoa sekunnissa.

Simppeli harmoninen liike (SHM)

Kun puhutaan aallosta, puhutaan yksinkertaisesta harmonisesta liikkeestä. Yksinkertainen harmoninen liike on eräänlainen värähtelyliike. Yksinkertaisella harmonisella liikkeellä on kolme asiaa, se periaatteessa tekee: Liike palaa aina takaisin tasapainoon, seuraa samaa rataa ja värähtelee tasapainon ympärillä. SHM syntyy, kun voima tai vääntömomentti, joka pyrkii palauttamaan tasapainon, on suoraan verrannollinen siirtymään tasapainosta, on suoraan verrannollinen siirtymään tasapainosta. Kuvassa 1.2 jousen, jonka jousivakio on k, varassa olevalla massalla m on kulmataajuus:

ω=√(k/m),

jossa k=jousivakio

m=kappaleen massa

kuvio 1. Jousen kulmataajuus.2 Jouseen kiinnitetty massa käy läpi SHM:n

Oskilloivan liikkeen ja SHM:n käyttöä löytyy eri aloilta yksinkertaisesta heilurista seismoskooppiin, benjinaruista kuminauhoihin, vaimennukseen ja monilla muilla aloilla. Värähtelyliike ja SHM liittyvät molemmat toisiinsa ja ovat tärkeitä aiheita aaltojen ja värähtelyn alalla.