Oscillerende beweging

Dit artikel is geschreven om een beknopt en goed begrip te geven van oscillerende beweging, eenvoudige harmonische beweging (SHM) en enkele voorbeelden daarvan. In ons dagelijks leven komen we verschillende dingen tegen waarin we deze verschijnselen zien plaatsvinden, dus laten we deze onderwerpen eens doornemen.

Oscillatoire beweging kan worden aangeduid als de herhaalde beweging waarbij een voorwerp steeds dezelfde beweging herhaalt. Bij afwezigheid van wrijving zou de oscillerende beweging eeuwig doorgaan; maar in de echte wereld komt het systeem uiteindelijk tot een evenwicht. Oscillerende beweging is overal in de fysieke wereld in verschillende gevallen te vinden, van de oscillatie van de uraniumkern voordat deze splijt tot de kooldioxidemoleculen die in het heelal oscilleren en de opwarming van de aarde absorberen en daartoe bijdragen. Gebouwen en bruggen ondergaan een oscillerende beweging, soms met desastreuze gevolgen. Zelfs sterren oscilleren. Golven – van geluid tot oceaangolven tot seismische golven in de vaste aarde – gaan uiteindelijk gepaard met oscillerende beweging.

Hier in fig. 1.1 kunnen we twee grootheden zien die de oscillerende beweging beschrijven; Amplitude is de maximale verplaatsing vanuit evenwicht, en periode is de tijd die het duurt voordat de beweging zich herhaalt. De andere manier om de tijdsaspecten uit te drukken is frequentie, of het aantal oscillatiecycli per tijdseenheid. Frequentie f en periode T zijn complementaire manieren om dezelfde informatie over te brengen, en mathematisch zijn ze invers:

f=(1/T)

fig. 1.1

Frequentie wordt gemeten in hertz (Hz), en één hertz is gelijk aan één oscillatiecyclus per seconde.

Simpel harmonische beweging (SHM)

Wanneer we het over golven hebben, hebben we te maken met eenvoudig harmonische beweging. Eenvoudige harmonische beweging is een soort oscillerende beweging. Een eenvoudige harmonische beweging heeft drie dingen, die het in principe doet: De beweging gaat altijd terug naar het evenwicht, volgt hetzelfde pad en oscilleert rond het evenwicht. SHM ontstaat wanneer de kracht of het koppel dat het evenwicht tracht te herstellen recht evenredig is met de verplaatsing vanuit het evenwicht recht evenredig is met de verplaatsing vanuit het evenwicht. In fig. 1.2 heeft een massa m op een veer met veerconstante k een hoekfrequentie:

ω=√(k/m),

waar k= veerconstante

m=massa van een voorwerp

fig 1.2 Een massa bevestigd aan een veer ondergaat een SHM

We vinden het gebruik van oscillerende beweging en SHM op verschillende gebieden, van een eenvoudige slinger tot seismo-scope, bungeekoorden tot elastiekjes, voor demping en vele andere gebieden. Oscillatoire beweging en SHM zijn beide onderling verbonden en zijn belangrijke onderwerpen in golven en oscillatie.