Kmitání vs jednoduchý harmonický pohyb
Kmitání a jednoduchý harmonický pohyb jsou dva periodické pohyby diskutované ve fyzice. Pojmy kmitání a jednoduchý harmonický pohyb jsou široce používány v oborech, jako je mechanika, dynamika, orbitální pohyby, strojírenství, vlny a vibrace a různé další obory. Chcete-li v těchto oblastech vynikat, je nezbytné těmto pojmům správně porozumět. V tomto článku probereme, co jsou kmity a jednoduché harmonické pohyby, definice kmitání a jednoduchého harmonického pohybu, jejich aplikace, některé příklady jednoduchých harmonických pohybů a kmitů, jejich podobnosti a nakonec rozdíl mezi kmitáním a jednoduchým harmonickým pohyb.
Oscilace
Kmity jsou druhem periodického pohybu. Oscilace je obvykle definována jako opakující se změna v čase. K oscilaci může dojít nad středním rovnovážným bodem nebo mezi dvěma stavy. Kyvadlo je dobrým příkladem pro oscilační pohyb. Kmity jsou většinou sinusové. Dobrým příkladem oscilace je také střídavý proud. V jednoduchém kyvadle bob kmitá nad středním rovnovážným bodem. Ve střídavém proudu elektrony oscilují uvnitř uzavřeného okruhu nad rovnovážným bodem. Existují tři typy oscilací. Prvním typem jsou netlumené kmity, ve kterých zůstává vnitřní energie kmitání konstantní. Druhým typem kmitů jsou tlumené kmity. U tlumených kmitů se vnitřní energie kmitání s časem zmenšuje. Třetím typem jsou vynucené oscilace. Při nucených oscilacích působí na kyvadlo síla v periodické variaci na kyvadlo.
Jednoduchý harmonický pohyb
Jednoduchý harmonický pohyb je definován jako pohyb ve tvaru a=– (ω2) x kde „a“je zrychlení a „x“je výchylka z bodu rovnováhy. Člen ω je konstanta. Jednoduchý harmonický pohyb vyžaduje vratnou sílu. Vratnou silou může být pružina, gravitační síla, magnetická síla nebo elektrická síla. Jednoduché harmonické kmitání nevyzařuje žádnou energii. Celková mechanická energie systému je zachována. Pokud konzervace neplatí, bude systém tlumeným harmonickým systémem. Existuje mnoho důležitých aplikací jednoduchých harmonických kmitů. Kyvadlové hodiny jsou jedním z nejlepších dostupných jednoduchých harmonických systémů. Lze ukázat, že doba kmitání nezávisí na hmotnosti kyvadla. Pokud vnější faktory, jako je odpor vzduchu, ovlivňují pohyb, nakonec se ztlumí a zastaví se. Skutečná životní situace je vždy tlumená oscilace. Dokonalý systém pružinové hmoty je také dobrým příkladem jednoduchého harmonického kmitání. Síla vytvořená elasticitou pružiny působí v tomto scénáři jako vratná síla. Jednoduchý harmonický pohyb lze také brát jako projekci kruhového pohybu s konstantní úhlovou rychlostí. V bodě rovnováhy se kinetická energie systému stává maximem a v bodě obratu se potenciální energie stává maximem a kinetická energie se stává nulovou.
Jaký je rozdíl mezi jednoduchým harmonickým pohybem a oscilací?
• Jednoduchý harmonický pohyb je speciální případ oscilací.
• Jednoduchý harmonický pohyb je možný pouze teoreticky, ale oscilace jsou možné v každé situaci.
• Celková energie jednoduchého harmonického pohybu je konstantní, zatímco celková energie oscilace obecně nemusí být konstantní.
