Nihanje in periodično gibanje v fiziki

Nihanje se ponavlja v pravilnem ciklu

Clive Streeter / Getty Images

Nihanje se nanaša na ponavljajoče se gibanje nečesa naprej in nazaj med dvema položajema ali stanjima. Nihanje je lahko periodično gibanje, ki se ponavlja v rednem ciklu, kot je a sinusni val — val z večnim gibanjem kot pri nihanju nihala od strani do strani ali gibanju vzmeti z utežjo navzgor in navzdol. Nihanje se pojavi okoli ravnovesne točke ali srednje vrednosti. Znano je tudi kot periodično gibanje.

Posamezno nihanje je celotno gibanje, bodisi navzgor in navzdol ali od strani do strani, v določenem časovnem obdobju.

Oscilatorji

Oscilator je naprava, ki kaže gibanje okoli ravnovesne točke. V uri z nihalom pride do spremembe potencialne energije v kinetična energija z vsakim zamahom. Na vrhu gugalnice je potencialna energija največja in ta energija se med padanjem pretvori v kinetično energijo in se vrne nazaj na drugo stran. Zdaj spet na vrhu je kinetična energija padla na nič, potencialna energija pa je spet visoka, kar poganja povratni nihaj. Frekvenca nihanja se prevaja z zobniki za označevanje časa. Nihalo bo sčasoma izgubilo energijo zaradi trenja, če ure ne popravi vzmet. Sodobne ure uporabljajo tresljaje kvarčnih in elektronskih oscilatorjev namesto gibanja nihala.

Nihajoče gibanje

Nihajoče gibanje v mehanskem sistemu je nihanje od ene strani do druge. Lahko se prevede v rotacijsko gibanje (obračanje v krogu) s klinom in režo. Rotacijsko gibanje lahko spremenimo v nihajoče z isto metodo.

Nihajni sistemi

Nihajoči sistem je predmet, ki se premika naprej in nazaj ter se po določenem času vedno znova vrača v svoje začetno stanje. V ravnotežni točki na predmet ne delujejo nobene skupne sile. To je točka v nihanju nihala, ko je v navpičnem položaju. Stalna sila ali obnovitvena sila deluje na predmet, da povzroči nihajoče gibanje.

Spremenljivke nihanja

Amplitudaje največji odmik od ravnotežne točke. Če nihalo zaniha en centimeter od ravnotežne točke, preden začne svojo povratno pot, je amplituda nihanja en centimeter. Pikaje čas, ki je potreben za popolno povratno potovanje predmeta in vrnitev v začetni položaj. Če se nihalo začne na desni strani in potrebuje eno sekundo, da potuje do konca v levo, in drugo sekundo, da se vrne v desno, je njegova doba dve sekundi. Obdobje se običajno meri v sekundah. Pogostostje število ciklov na časovno enoto. Pogostost je enako ena deljeno s periodo. Frekvenca se meri v Hertzih ali ciklih na sekundo.

Preprosto harmonično gibanje

Gibanje preprostega harmoničnega nihajnega sistema – ko je obnovitvena sila neposredno sorazmerna s silo premika in deluje v smeri, nasprotni smeri premika – je mogoče opisati s sinusno in kosinusno funkcijo. Primer je utež, pritrjena na vzmet. Ko utež miruje, je v ravnovesju. Če je utež potegnjena navzdol, obstaja neto obnovitvena sila na maso (potencialna energija). Ko se sprosti, pridobi zagon (kinetično energijo) in se še naprej giblje čez ravnovesno točko ter pridobi potencialno energijo (obnovitvena sila), ki jo bo pognala v ponovno nihanje navzdol.

Viri in dodatno branje

• Fitzpatrick, Richard. 'Oscilacije in valovi: Uvod', 2. izdaja. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. 'Oscilacije, valovi in ​​akustika.' New Delhi, Indija: I.K. Mednarodna založba, 2010.