Oscilacije i periodična gibanja u fizici

Oscilacija se odnosi na opetovano kretanje naprijed i nazad nečega između dva položaja ili stanja. Oscilacija može biti periodično gibanje koje se ponavlja u redovnom ciklusu, kao što je sinusni val- val s neprekidnim kretanjem kao njihanje klatna bočno u stranu, ili kretanje opruge prema dolje s težinom. Oscilirajuće kretanje događa se oko ravnotežne točke ili srednje vrijednosti. Poznato je i kao periodično gibanje.

Jedna oscilacija je potpuno kretanje, bilo gore ili dolje ili bočno u stranu, tokom određenog vremenskog razdoblja.

Oscilator je uređaj koji pokazuje gibanje oko ravnotežne točke. U klatnu satova dolazi do promjene potencijala energije u kinetička energija sa svakim zamahom. Na vrhu zamaha, potencijalna energija je na maksimumu i ta se energija pretvara u kinetičku energiju dok pada i pokreće se natrag na drugu stranu. Sada opet na vrhu, kinetička energija je pala na nulu, a potencijalna energija je opet velika, pojačavajući povratni zamah. Frekvencija zamaha prevodi se pomoću zupčanika kako bi se označilo vrijeme. Klatno će vremenom izgubiti energiju na trenje ako sat ne popravi opruga. Moderni satovi koriste vibracije kvarca i elektronskih oscilatora, a ne kretanje klatna.

Oscilirajuće gibanje u mehaničkom sustavu okreće se na stranu. Može se prevesti u rotacijski pokret (okreće se u krug) pomoću proreznog mehanizma. Rotacijsko gibanje se može promijeniti u oscilirajuće gibanje istom metodom.

Oscilirajući sustav je objekt koji se kreće naprijed-nazad, nakon što se opetovano vraća u prvobitno stanje nakon nekog vremena. U ravnotežnoj točki na objekt ne djeluju neto sile. To je točka u ljuljanju klatna kada je u vertikalnom položaju. Stalna sila ili obnavljavajuća sila djeluje na objekt kako bi stvorio oscilirajuće gibanje.

• Amplituda je maksimalno pomicanje od ravnotežne točke. Ako se klatno njiha za centimetar od ravnotežne točke prije nego što započne povratni put, amplituda oscilacija iznosi jedan centimetar.
• Razdoblje je vrijeme koje je potrebno za potpuni obilazak objekta, vraćanje u početni položaj. Ako klatno započne s desne strane i traje jedna sekunda da prijeđe skroz lijevo, a druga sekunda da se vrati desno, njegovo razdoblje je dvije sekunde. Period se obično mjeri u sekundi.
• Frekvencija je broj ciklusa po jedinici vremena. Frekvencija jednak je deljenom na razdoblje. Učestalost se mjeri u Hertz-u ili u ciklusima u sekundi.

Kretanje jednostavnog harmoničnog oscilirajućeg sustava - kada je sila vraćanja izravno proporcionalna sili pomicanje i djeluje u smjeru suprotnom od pomaka - može se opisati pomoću sinusa i kosinusa funkcije. Primjer je utega pričvršćena na oprugu. Kad je težina u mirovanju, to je u ravnoteži. Ako se težina povuče, na telu (potencijalna energija) dobiva se neto obnavljajuća sila. Kad se oslobodi, on dobiva zamah (kinetičku energiju) i nastavlja se kretati izvan ravnotežne točke, dobivajući potencijalnu energiju (obnavljajući silu) koja će je pokretati u ponovnom osciliranju.

• Fitzpatrick, Richard. "Oscilacije i valovi: uvod", 2. izd. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. "Oscilacije, valovi i akustika." New Delhi, Indija: I.K. Međunarodna izdavačka kuća, 2010.