Az oszcilláció egyfajtaperiodikus mozgás. A mozgás akkor mondható periodikusnak, ha szabályos időközönként megismétli önmagát, mint a mozgás egy varrógép tű, a hangvilla szögeinek mozgása és a rugótól felfüggesztett test. Ha egy részecske ugyanazon az úton halad előre és hátra, mozgását oszcillálónak vagy rezgőnek mondják, és afrekvenciaennek a mozgásnak az egyik legfontosabb fizikai jellemzője.
A periodikus mozgást végző részecske elmozdulása szinusz- és koszinusz-funkciókkal fejezhető ki. Mivel ezeket a funkciókat harmonikus függvényeknek nevezzük, a periodikus mozgást harmonikus mozgásnak is nevezik.
Mi az egyszerű harmonikus mozgás?
Az oszcillációk minden típusa közül aegyszerű harmonikus mozgás(SHM) a legfontosabb típus. Az SHM-ben változó nagyságú és irányú erő hat a részecskére. Fontos megjegyezni, hogy az SHM-nek nemcsak a mechanikában, hanem az optikában, a hangban és az atomfizikában is fontos alkalmazásai vannak.
Egy testről azt mondják, hogy lineáris egyszerű harmonikus mozgást végez, ha
- Periodikusan halad előre-hátra egyenes vonal mentén.
- Gyorsulása mindig az átlagos helyzete felé irányul.
- A gyorsulás nagysága arányos az átlagos helyzetből való elmozdulás nagyságával.
Az egyenlet:
F = -Kx
egy lineáris egyszerű harmonikus mozgás (SHM) meghatározására szolgál, aholFa helyreállító erő nagysága;xa kis elmozdulás az átlagos helyzetből; ésKaz erő állandó. A negatív előjel azt jelzi, hogy az erő iránya ellentétes az elmozdulás irányával.
Néhány példa az egyszerű harmonikus mozgásra: egy egyszerű inga mozgása kis lengésekhez és egy rezgő mágnes egyenletes mágneses indukcióban.
Mi az oszcillációs amplitúdó?
Tekintsük azt a részecskét, amely oszcillációt hajt végre a QOR út mentén, O-val az átlagos pozíció, Q-val és R-vel pedig az O két szélső pontja Tegyük fel, hogy a rezgés egy adott pillanatában a részecske P-n van. A részecske által az átlagos helyzetétől megtett távolságot elmozdulásnak nevezzük (x) azaz OP =x.
Az elmozdulást mindig az átlagos helyzetből mérjük, bármi legyen is a kiindulási pont. Például, még akkor is, ha a részecske R-től P-ig halad, az elmozdulás továbbra is megmaradx.
Aamplitúdó (A) a rezgésa legnagyobb elmozdulás (xmax) a részecske átlagos helyzetének mindkét oldalán, azazA= OQ = VAGY.Amindig pozitívnak veszik, és így az oszcillációs képlet amplitúdója éppen az átlagos helyzetből való elmozdulás nagysága. A távolság QR = 2Anevezzük a rezgés útjának hosszának vagy mértékének, vagy a rezgő részecske teljes útjának.
Az oszcilláció gyakoriságának képlete
A periódus (T) az oszcilláció azon időtartamát határozza meg, amelyet a részecske vesz igénybe egy oszcilláció teljesítéséhez. Idő utánT, a részecske ugyanabban a helyzetben halad át ugyanabban az irányban.
A rezgésmeghatározás gyakorisága egyszerűen a részecske által egy másodperc alatt végrehajtott rezgések száma.
Ban benTmásodperc alatt a részecske teljesít egy rezgést.
Ezért a rezgések száma egy másodperc alatt, vagyis a frekvenciájaf, az:
f = \ frac {1} {T}
Az oszcillációs frekvenciát másodpercenként vagy Hertz-ben mérjük.
Az oszcillációs frekvencia típusa
Az emberi fül érzékeny a 20 Hz és 20 000 Hz közötti frekvenciákra, és ebben a tartományban lévő frekvenciákat hangos vagy hallható frekvenciának nevezzük. Az emberi hallás tartománya feletti frekvenciákat ultrahangos frekvenciáknak, míg a hallható tartomány alatti frekvenciákat infraszonikus frekvenciáknak nevezzük. Egy másik nagyon ismert kifejezés ebben a kontextusban a „szuperszonikus”. Ha egy test a hangsebességnél gyorsabban halad, akkor azt mondják, hogy szuperszonikus sebességgel halad.
A rádióhullámok (oszcilláló elektromágneses hullám) frekvenciáit kilohertzben vagy megahertzben fejezzük ki, míg a látható fény frekvenciája több száz terrahertz tartományban van.