Jednoduchý harmonický pohyb vs periodický pohyb
Periodické pohyby a jednoduché harmonické pohyby sú dva veľmi dôležité typy pohybov pri štúdiu fyziky. Jednoduchý harmonický pohyb je dobrým modelom na pochopenie zložitých periodických pohybov. Tento článok vysvetlí, čo je to periodický pohyb a jednoduchý harmonický pohyb, ich aplikácie, podobnosti a nakoniec ich rozdiely.
Periodický pohyb
Periodický pohyb možno považovať za akýkoľvek pohyb, ktorý sa opakuje v určitom časovom období. Planéta obiehajúca okolo Slnka je periodický pohyb. Satelit obiehajúci okolo Zeme je periodický pohyb, dokonca aj pohyb balančnej súpravy je periodický pohyb. Väčšina periodických pohybov, s ktorými sa stretávame, je kruhová alebo polkruhová. Periodický pohyb má frekvenciu. Frekvencia znamená, ako „často“sa udalosť vyskytuje. Pre jednoduchosť berieme frekvenciu ako počet výskytov za sekundu. Periodické pohyby môžu byť rovnomerné alebo nerovnomerné. Rovnomerný periodický pohyb môže mať rovnomernú uhlovú rýchlosť. Funkcie ako amplitúdová modulácia môžu mať dvojité periódy. Sú to periodické funkcie zapuzdrené v iných periodických funkciách. Prevrátená hodnota frekvencie periodického pohybu udáva čas za periódu. Jednoduché harmonické pohyby a tlmené harmonické pohyby sú tiež periodické pohyby.
Jednoduchý harmonický pohyb
Jednoduchý harmonický pohyb je definovaný ako pohyb v tvare a=– (ω2) x, kde „a“je zrýchlenie a „x“je posunutie z bodu rovnováhy. Člen ω je konštanta. Jednoduchý harmonický pohyb vyžaduje vratnú silu. Vratná sila môže byť pružina, gravitačná sila, magnetická sila alebo elektrická sila. Jednoduché harmonické kmitanie nevyžaruje žiadnu energiu. Celková mechanická energia systému je zachovaná. Ak konzervácia neplatí, systém bude tlmený harmonický systém. Existuje mnoho dôležitých aplikácií jednoduchých harmonických kmitov. Kyvadlové hodiny sú jedným z najlepších dostupných jednoduchých harmonických systémov. Dá sa ukázať, že perióda kmitania nezávisí od hmotnosti kyvadla. Ak vonkajšie faktory, ako je odpor vzduchu, ovplyvňujú pohyb, bude nakoniec utlmený a zastaví sa. Reálna situácia je vždy tlmená oscilácia. Systém pružín je tiež dobrým príkladom jednoduchého harmonického kmitania. Sila vytvorená elasticitou pružiny pôsobí v tomto scenári ako vratná sila. Jednoduchý harmonický pohyb možno chápať aj ako projekciu kruhového pohybu s konštantnou uhlovou rýchlosťou. V bode rovnováhy sa kinetická energia systému stáva maximálnou a v bode obratu sa potenciálna energia stáva maximálnou a kinetická energia sa stáva nulovou.
Aký je rozdiel medzi periodickým pohybom a jednoduchým harmonickým pohybom?
• Jednoduchý harmonický pohyb je špeciálny prípad periodického pohybu.
• Jednoduchý harmonický pohyb vyžaduje vratnú silu, ale môže dochádzať k periodickým pohybom bez vratných síl.
• Jednoduchý harmonický pohyb šetrí svoju celkovú mechanickú energiu, ale periodický systém to nevyhnutne robiť nemusí.
