Värähtely vs. yksinkertainen harmoninen liike
Värähtelyt ja yksinkertainen harmoninen liike ovat kaksi jaksollista liikettä, joista keskustellaan fysiikassa. Värähtelyjen ja yksinkertaisen harmonisen liikkeen käsitteitä käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin mekaniikka, dynamiikka, kiertoradan liikkeet, koneenrakennus, aallot ja värähtelyt sekä monilla muilla aloilla. Näiden käsitteiden ymmärtäminen on elintärkeää, jotta voisimme menestyä näillä aloilla. Tässä artikkelissa aiomme keskustella mitä ovat värähtelyt ja yksinkertaiset harmoniset liikkeet, värähtelyn ja yksinkertaisen harmonisen liikkeen määritelmät, niiden sovellukset, joitain esimerkkejä yksinkertaisista harmonisista liikkeistä ja värähtelyistä, niiden samankaltaisuudesta ja lopuksi värähtelyn ja yksinkertaisen harmonisen erosta liike.
Värähtely
Värähtelyt ovat eräänlainen jaksollinen liike. Värähtely määritellään yleensä toistuvana vaihteluna ajan myötä. Värähtely voi tapahtua keskitasapainopisteen yli tai kahden tilan välillä. Heiluri on hyvä esimerkki värähtelyliikkeestä. Värähtelyt ovat enimmäkseen sinimäisiä. Vaihtovirta on myös hyvä esimerkki värähtelystä. Yksinkertaisessa heilurissa bob värähtelee keskitasapainopisteen yli. Vaihtovirrassa elektronit värähtelevät suljetun piirin sisällä tasapainopisteen yli. Värähtelyjä on kolme tyyppiä. Ensimmäinen tyyppi on vaimentamattomat värähtelyt, joissa värähtelyn sisäinen energia pysyy vakiona. Toinen värähtelytyyppi on vaimennetut värähtelyt. Vaimennettujen värähtelyjen tapauksessa värähtelyn sisäinen energia pienenee ajan myötä. Kolmas tyyppi on pakotetut värähtelyt. Pakotetuissa värähtelyissä heiluriin kohdistetaan voima heiluriin ajoittaisessa vaihtelussa.
Yksinkertainen harmoninen liike
Yksinkertainen harmoninen liike määritellään liikkeeksi, jonka muoto on = - (ω 2) x missä “a” on kiihtyvyys ja “x” on siirtymä tasapainopisteestä. Termi ω on vakio. Yksinkertainen harmoninen liike vaatii palautusvoiman. Palautusvoima voi olla jousi, painovoima, magneettinen voima tai sähkövoima. Yksinkertainen harmoninen värähtely ei tuota energiaa. Järjestelmän kokonaismekaaninen energia säilyy. Jos säilyttämistä ei sovelleta, järjestelmä on vaimennettu harmoninen järjestelmä. Yksinkertaisten harmonisten värähtelyjen sovelluksia on monia. Heilurikello on yksi parhaista yksinkertaisista harmonisista järjestelmistä. Voidaan osoittaa, että värähtelyjakso ei riipu heilurin massasta. Jos ulkoiset tekijät, kuten ilmavastus, vaikuttavat liikkeeseen, se lopulta vaimentaa ja pysähtyy. Tosielämän tilanne on aina vaimennettu värähtely. Täydellinen jousimassajärjestelmä on myös hyvä esimerkki yksinkertaisesta harmonisesta värähtelystä. Jousen joustavuuden luoma voima toimii palautusvoimana tässä skenaariossa. Yksinkertaisen harmonisen liikkeen voidaan myös katsoa olevan pyörivän liikkeen projektio, jolla on vakio kulmanopeus. Tasapainopisteessä järjestelmän kineettisestä energiasta tulee maksimiarvo, ja käännekohdassa potentiaalienergiasta tulee maksimi ja kineettisestä energiasta nolla.ja käännekohdassa potentiaalienergiasta tulee maksimi ja kineettisestä energiasta nolla.ja käännekohdassa potentiaalienergiasta tulee maksimi ja kineettisestä energiasta nolla.
Mitä eroa on yksinkertaisella harmonisella liikkeellä ja värähtelyllä?
• Yksinkertainen harmoninen liike on värähtelyjen erityistapaus.
• Yksinkertainen harmoninen liike on mahdollista vain teoriassa, mutta värähtelyt ovat mahdollisia missä tahansa tilanteessa.
• Yksinkertaisen harmonisen liikkeen kokonaisenergia on vakio, kun taas värähtelyn kokonaisenergian ei tarvitse olla vakio.
