Jednoduchý harmonický pohyb vs periodický pohyb
Periodické pohyby a jednoduché harmonické pohyby jsou dva velmi důležité typy pohybů při studiu fyziky. Jednoduchý harmonický pohyb je dobrým modelem pro pochopení složitých periodických pohybů. Tento článek vysvětlí, co je periodický pohyb a jednoduchý harmonický pohyb, jejich aplikace, podobnosti a nakonec jejich rozdíly.
Periodický pohyb
Periodický pohyb lze považovat za jakýkoli pohyb, který se opakuje v pevně stanoveném časovém úseku. Planeta obíhající kolem Slunce je periodický pohyb. Družice obíhající kolem Země je periodický pohyb, dokonce i pohyb balanční koule je periodický pohyb. Většina periodických pohybů, se kterými se setkáváme, je kruhová nebo půlkruhová. Periodický pohyb má frekvenci. Frekvence znamená, jak „často“se událost vyskytuje. Pro jednoduchost bereme frekvenci jako počet výskytů za sekundu. Periodické pohyby mohou být rovnoměrné nebo nerovnoměrné. Rovnoměrný periodický pohyb může mít rovnoměrnou úhlovou rychlost. Funkce jako amplitudová modulace mohou mít dvojité periody. Jsou to periodické funkce zapouzdřené v jiných periodických funkcích. Převrácená hodnota frekvence periodického pohybu udává čas za periodu. Jednoduché harmonické pohyby a tlumené harmonické pohyby jsou také periodické pohyby.
Jednoduchý harmonický pohyb
Jednoduchý harmonický pohyb je definován jako pohyb ve tvaru a=– (ω2) x, kde „a“je zrychlení a „x“je posunutí 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, bude nakonec utlumen a zastaví se. Reálná situace je vždy tlumená oscilace. Systém pružinové hmoty je také dobrým příkladem pro jednoduché harmonické 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 maximální a kinetická energie nulová.
Jaký je rozdíl mezi periodickým pohybem a jednoduchým harmonickým pohybem?
• Jednoduchý harmonický pohyb je speciální případ periodického pohybu.
• Jednoduchý harmonický pohyb vyžaduje vratnou sílu, ale může docházet k periodickým pohybům bez vratných sil.
• Jednoduchý harmonický pohyb šetří svou celkovou mechanickou energii, ale periodický systém to nutně dělat nemusí.
