発振と単純調和運動

物理学で議論されている周期運動には、振動と単純調和運動があります。振動と単純調和運動の概念は、力学、動力学、軌道運動、機械工学、波動と振動など多くの分野で広く用いられている。これらの分野で活躍するためには、これらの概念を正しく理解することが不可欠です。ここでは、振動と単純調和運動とは何か、振動と単純調和運動の定義、その応用、単純調和運動と振動のいくつかの例、それらの類似点、最後に振動と単純調和運動の違いについて述べます。

発振

振動は周期的な運動である。振動は通常、時間の経過とともに繰り返される変化と定義される。振動は、中間の平衡点や2つの状態の間で発生することがあります。振動運動の好例が振り子である。発振は主に正弦波です。交流も発振の良い例である。単振り子では、振り子は中間平衡点で振動する。交流では、閉じた回路の中で電子が平衡点で振動している。振動の種類は3つあります。1つ目のタイプは、振動の内部エネルギーが一定である「非減衰振動」である。2つ目の振動は、減衰振動です。減衰振動の場合、振動の内部エネルギーは時間と共に減少する。3つ目は、強制発振です。強制振動では、振り子に周期的な変動という形で力が作用する。

単純調和運動

単純調和運動とは、a = -(ω2)xの形の運動と定義され、aは加速度、xは平衡点からの変位、ωは定数である。単純調和運動には復元力が必要です。復元力には、バネ、重力、磁気、電気などがあります。単純な調和振動はエネルギーを放出しない。システムの全機械的エネルギーは保存される。もし保存則が適用されなければ、減衰調和系となる。単純な調和振動は多くの重要な応用があります。振り子時計は、シンプルなハーモニックシステムとして最も優れたものの一つである。その結果、振動の周期は振り子の質量に依存しないことがわかりました。空気抵抗などの外的要因が影響すると、やがて動きが弱まり、動かなくなります。現実の世界では、必ず減衰振動が発生します。完全なバネ-質量系も単純な調和振動の良い例である。このとき、バネの弾力によって発生する力は復元力として働く。単純調和運動は、一様な円運動を投影したものと見ることもできる。平衡点では系の運動エネルギーが最大となり、転換点では位置エネルギーが最大となり運動エネルギーはゼロとなる。