حرکت هارمونیک ساده در مقابل حرکت تناوبی
حرکات تناوبی و حرکات هارمونیک ساده دو نوع حرکت بسیار مهم در مطالعه فیزیک هستند. یک حرکت هارمونیک ساده مدل خوبی برای درک حرکات تناوبی پیچیده است. در این مقاله توضیح خواهیم داد که حرکت تناوبی و حرکت هارمونیک ساده، کاربردها، شباهت ها و در نهایت تفاوت های آنها چیست.
حرکت تناوبی
حرکت تناوبی را می توان هر حرکتی در نظر گرفت که در یک دوره زمانی ثابت تکرار می شود. سیاره ای که به دور خورشید می چرخد یک حرکت تناوبی است. ماهواره‌ای که به دور زمین می‌چرخد یک حرکت تناوبی است، حتی حرکت یک مجموعه توپ تعادل یک حرکت تناوبی است.بیشتر حرکات تناوبی که با آن ها مواجه می شویم دایره ای یا نیمه دایره ای هستند. حرکت تناوبی فرکانس دارد. فرکانس به این معنی است که رویداد چقدر "تکرار" رخ می دهد. برای سادگی، فرکانس را به عنوان وقوع در ثانیه در نظر می گیریم. حرکات تناوبی می توانند یکنواخت یا غیریکنواخت باشند. یک حرکت تناوبی یکنواخت می تواند سرعت زاویه ای یکنواختی داشته باشد. توابعی مانند مدولاسیون دامنه می توانند دوره های مضاعف داشته باشند. آنها توابع تناوبی هستند که در توابع تناوبی دیگر محصور شده اند. معکوس فرکانس حرکت تناوبی زمان یک دوره را نشان می دهد. حرکات هارمونیک ساده و حرکات هارمونیک میرایی نیز حرکات تناوبی هستند.
حرکت هارمونیک ساده
حرکت هارمونیک ساده به عنوان حرکتی به شکل a=– (ω2) x تعریف می شود، که در آن "a" شتاب و "x" است. جابجایی از نقطه تعادل عبارت ω یک ثابت است. یک حرکت هارمونیک ساده نیاز به نیروی بازگردانی دارد. نیروی بازیابی می تواند یک فنر، نیروی گرانش، نیروی مغناطیسی یا یک نیروی الکتریکی باشد.یک نوسان هارمونیک ساده هیچ انرژی ساطع نمی کند. کل انرژی مکانیکی سیستم حفظ می شود. اگر حفاظت اعمال نشود، سیستم یک سیستم هارمونیک میرایی خواهد بود. کاربردهای مهم بسیاری از نوسانات هارمونیک ساده وجود دارد. ساعت آونگی یکی از بهترین سیستم های هارمونیک ساده موجود است. می توان نشان داد که دوره نوسان به جرم آونگ بستگی ندارد. اگر عوامل خارجی مانند مقاومت هوا بر حرکت تأثیر بگذارد، در نهایت آن را مرطوب می کند و متوقف می شود. یک موقعیت واقعی همیشه یک نوسان میرا است. سیستم جرم فنر نیز مثال خوبی برای نوسانات هارمونیک ساده است. نیروی ایجاد شده توسط کشش فنر به عنوان نیروی بازگرداننده در این سناریو عمل می کند. حرکت هارمونیک ساده را نیز می توان به عنوان طرح ریزی یک حرکت دایره ای با سرعت زاویه ای ثابت در نظر گرفت. در نقطه تعادل انرژی جنبشی سیستم به حداکثر و در نقطه عطف انرژی پتانسیل حداکثر و انرژی جنبشی صفر می شود.
تفاوت بین حرکت تناوبی و حرکت هارمونیک ساده چیست؟
• حرکت هارمونیک ساده یک مورد خاص از حرکت تناوبی است.
• حرکت هارمونیک ساده نیاز به نیروی ترمیم کننده دارد، اما می تواند حرکات تناوبی بدون نیروهای بازگرداننده وجود داشته باشد.
• یک حرکت هارمونیک ساده کل انرژی مکانیکی خود را حفظ می کند، اما یک سیستم تناوبی لزوماً این کار را نمی کند.
