תנודה היא סוג שלתנועה תקופתית. אומרים שתנועה היא תקופתית אם היא חוזרת על עצמה לאחר פרקי זמן קבועים, כמו התנועה של מחט של מכונת תפירה, תנועה של שיניים של מזלג כוונון וגוף תלוי בקפיץ. אם חלקיק נע קדימה ואחורה באותו נתיב, נאמר כי תנועתו מתנדנדת או רוטטת, והתדירותשל תנועה זו הוא אחד המאפיינים הפיזיים החשובים ביותר שלה.
עקירה של חלקיק המבצע תנועה תקופתית יכולה לבוא לידי ביטוי במונחים של פונקציות סינוס וקוסינוס. מכיוון שפונקציות אלה מכונות פונקציות הרמוניות, תנועה תקופתית מכונה גם תנועה הרמונית.
מהי תנועה הרמונית פשוטה?
בין כל סוגי התנודות, ה-תנועה הרמונית פשוטה(SHM) הוא הסוג החשוב ביותר. ב- SHM, כוח בגודל וכיוון שונים פועל על חלקיק. חשוב לציין כי ל- SHM יש יישומים חשובים לא רק במכניקה, אלא גם באופטיקה, קול ופיזיקה אטומית.
אומרים שגוף מבצע תנועה הרמונית פשוטה ליניארית אם
- הוא נע הלוך ושוב לאורך קו ישר.
- האצה שלו מכוונת תמיד לעבר המיקום הממוצע שלה.
- גודל האצה שלה הוא פרופורציונאלי לגודל תזוזתו מהמיקום הממוצע.
המשוואה:
F = -Kx
משמש להגדרת תנועה הרמונית פשוטה ליניארית (SHM), שבהFהוא גודל הכוח המשקם;איקסהיא העקירה הקטנה מהמצב הממוצע; וקהוא הכוח קבוע. הסימן השלילי מציין שכיוון הכוח מנוגד לכיוון העקירה.
כמה דוגמאות לתנועה הרמונית פשוטה הן תנועה של מטוטלת פשוטה לנדנדות קטנות ומגנט רוטט באינדוקציה מגנטית אחידה.
מהו משרעת התנודה?
שקול חלקיק המבצע תנודה לאורך QOR עם O כמיקום הממוצע ו- Q ו- R כמיקומיו הקיצוניים משני צידי O. נניח שברגע נתון של התנודה, החלקיק נמצא ב- P. המרחק שעובר החלקיק ממצבו הממוצע נקרא עקירה שלו (איקסכלומר כלומר OP =איקס.
העקירה נמדדת תמיד מהמיקום הממוצע, מה שתהיה נקודת ההתחלה. לדוגמא, גם אם החלקיק עובר מ- R ל- P, העקירה עדיין נשארתאיקס.
האמפליטודה (א) של התנודהמוגדר כעקירה מרבית (איקסמקסימום) של החלקיק משני צדי המיקום הממוצע שלו, כלומרא= OQ = OR.אנלקח תמיד כחיובי, ולכן משרעת נוסחת התנודה היא רק גודל העקירה מהמצב הממוצע. המרחק QR = 2אנקרא אורך הדרך או היקף התנודה או הנתיב הכולל של החלקיק המתנדנד.
נוסחת תדירות התנודות
התקופה (ט) של התנודה מוגדר כזמן שלוקח החלקיק להשלמת תנודה אחת. אחרי הזמןטהחלקיק עובר באותו מיקום באותו כיוון.
תדירות הגדרת התנודה היא פשוט מספר התנודות שמבצע החלקיק בשנייה אחת.
בטשניות, החלקיק משלים תנודה אחת.
לכן, מספר התנודות בשנייה אחת, כלומר התדירותf, הוא:
f = \ frac {1} {T}
תדירות התנודה נמדדת במחזורים לשנייה או בהרץ.
סוג תדירות התנודה
האוזן האנושית רגישה לתדרים שנעים בין 20 הרץ ל -20,000 הרץ, ותדרים בתחום זה נקראים תדרים קוליים או קוליים. התדרים שמעל טווח השמיעה האנושית נקראים תדרים קולי, ואילו התדרים שנמצאים מתחת לטווח הנשמע נקראים תדרים אינפרא-סאוניים. מונח נוסף מאוד מוכר בהקשר זה הוא "קולי". אם גוף נוסע מהר יותר ממהירות הקול, אומרים שהוא נוסע במהירות קולית.
תדרים של גלי רדיו (גל אלקטרומגנטי מתנודד) באים לידי ביטוי בקילוהרץ או מגה-הרץ, ואילו לאור הנראה יש תדרים בטווח של מאות טררהץ.