La oscilación es un tipo demovimiento periódico. Se dice que un movimiento es periódico si se repite después de intervalos regulares de tiempo, como el movimiento de la aguja de una máquina de coser, el movimiento de las púas de un diapasón y un cuerpo suspendido de un resorte. Si una partícula se mueve hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la misma trayectoria, se dice que su movimiento es oscilatorio o vibratorio, y elfrecuenciade este movimiento es una de sus características físicas más importantes.
El desplazamiento de una partícula que realiza un movimiento periódico se puede expresar en términos de funciones seno y coseno. Como estas funciones se denominan funciones armónicas, el movimiento periódico también se conoce como movimiento armónico.
¿Qué es el movimiento armónico simple?
Entre todos los tipos de oscilaciones, elmovimiento armónico simple(SHM) es el tipo más importante. En SHM, una fuerza de magnitud y dirección variables actúa sobre la partícula. Es importante señalar que SHM tiene aplicaciones importantes no solo en mecánica, sino también en óptica, sonido y física atómica.
Se dice que un cuerpo realiza un movimiento armónico lineal simple si
- Se mueve de un lado a otro periódicamente a lo largo de una línea recta.
- Su aceleración siempre se dirige hacia su posición media.
- La magnitud de su aceleración es proporcional a la magnitud de su desplazamiento desde la posición media.
La ecuacion:
F = -Kx
se utiliza para definir un movimiento armónico lineal simple (SHM), en el queFes la magnitud de la fuerza restauradora;Xes el pequeño desplazamiento desde la posición media; yKes la fuerza constante. El signo negativo indica que la dirección de la fuerza es opuesta a la dirección del desplazamiento.
Algunos ejemplos de movimiento armónico simple son el movimiento de un péndulo simple para pequeñas oscilaciones y un imán vibrante en una inducción magnética uniforme.
¿Qué es la amplitud de oscilación?
Considere una partícula que realiza una oscilación a lo largo de la trayectoria QOR con O como la posición media y Q y R como sus posiciones extremas a ambos lados de O. Suponga que en un instante dado de la oscilación, la partícula está en P. La distancia recorrida por la partícula desde su posición media se llama desplazamiento (X) es decir, OP =X.
El desplazamiento siempre se mide desde la posición media, cualquiera que sea el punto de partida. Por ejemplo, incluso si la partícula viaja de R a P, el desplazamiento sigue siendoX.
Laamplitud (A) de la oscilaciónse define como el desplazamiento máximo (Xmax) de la partícula a cada lado de su posición media, es decir,A= OQ = OR.Asiempre se toma como positivo, por lo que la fórmula de amplitud de oscilación es solo la magnitud del desplazamiento desde la posición media. La distancia QR = 2Ase denomina longitud de trayectoria o extensión de oscilación o trayectoria total de la partícula oscilante.
Fórmula de la frecuencia de oscilación
El período (T) de la oscilación se define como el tiempo que tarda la partícula en completar una oscilación. Tiempo despuésT, la partícula pasa por la misma posición en la misma dirección.
La frecuencia de la definición de oscilación es simplemente el número de oscilaciones realizadas por la partícula en un segundo.
EnTsegundos, la partícula completa una oscilación.
Por lo tanto, el número de oscilaciones en un segundo, es decir, su frecuenciaF, es:
f = \ frac {1} {T}
La frecuencia de oscilación se mide en ciclos por segundo o hercios.
Tipo de frecuencia de oscilación
El oído humano es sensible a las frecuencias que se encuentran entre 20 Hz y 20.000 Hz, y las frecuencias en este rango se denominan frecuencias sónicas o audibles. Las frecuencias por encima del rango del oído humano se denominan frecuencias ultrasónicas, mientras que las frecuencias que están por debajo del rango audible se denominan frecuencias infrasónicas. Otro término muy familiar en este contexto es "supersónico". Si un cuerpo viaja más rápido que la velocidad del sonido, se dice que viaja a velocidades supersónicas.
Las frecuencias de las ondas de radio (una onda electromagnética oscilante) se expresan en kilohercios o megahercios, mientras que la luz visible tiene frecuencias en el rango de cientos de terrahercios.