Oscillazione e moto periodico in fisica

L'oscillazione si ripete in un ciclo regolare

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L'oscillazione si riferisce al movimento ripetuto avanti e indietro di qualcosa tra due posizioni o stati. Un'oscillazione può essere un movimento periodico che si ripete in un ciclo regolare, come a onda sinusoidale -un'onda con moto perpetuo come nell'oscillazione da lato a lato di un pendolo, o il movimento su e giù di una molla con un peso. Un movimento oscillante si verifica attorno a un punto di equilibrio o valore medio. È anche noto come moto periodico.

Una singola oscillazione è un movimento completo, su e giù o da un lato all'altro, per un periodo di tempo.

Oscillatori

Un oscillatore è un dispositivo che mostra movimento attorno a un punto di equilibrio. In un orologio a pendolo, c'è un cambiamento da energia potenziale a energia cinetica ad ogni oscillazione. Nella parte superiore dell'oscillazione, l'energia potenziale è al massimo e quell'energia viene convertita in energia cinetica mentre cade e viene respinta dall'altra parte. Ora di nuovo in alto, l'energia cinetica è scesa a zero e l'energia potenziale è di nuovo alta, alimentando l'oscillazione di ritorno. La frequenza dell'oscillazione viene traslata tramite ingranaggi per segnare il tempo. Un pendolo perderà energia nel tempo per attrito se l'orologio non viene corretto da una molla. Gli orologi moderni utilizzano le vibrazioni del quarzo e degli oscillatori elettronici, piuttosto che il movimento dei pendoli.

Moto Oscillante

Un movimento oscillante in un sistema meccanico oscilla da un lato all'altro. Può essere tradotto in un movimento rotatorio (girando in cerchio) da un piolo e una fessura. Il movimento rotatorio può essere cambiato in movimento oscillante con lo stesso metodo.

Sistemi oscillanti

Un sistema oscillante è un oggetto che si muove avanti e indietro, tornando ripetutamente al suo stato iniziale dopo un periodo di tempo. Al punto di equilibrio, nessuna forza netta agisce sull'oggetto. Questo è il punto dell'oscillazione del pendolo quando è in posizione verticale. Una forza costante o una forza di ripristino agisce sull'oggetto per produrre il movimento oscillante.

Variabili di oscillazione

Ampiezzaè lo spostamento massimo dal punto di equilibrio. Se un pendolo oscilla di un centimetro dal punto di equilibrio prima di iniziare il suo viaggio di ritorno, l'ampiezza dell'oscillazione è di un centimetro. Periodoè il tempo necessario per compiere un giro completo dell'oggetto, tornando alla sua posizione iniziale. Se un pendolo inizia a destra e impiega un secondo per viaggiare completamente a sinistra e un altro secondo per tornare a destra, il suo periodo è di due secondi. Il periodo viene solitamente misurato in secondi. Frequenzaè il numero di cicli per unità di tempo. Frequenza è uguale a uno diviso per il periodo. La frequenza viene misurata in Hertz, o cicli al secondo.

Moto armonico semplice

Il moto di un sistema oscillante armonico semplice, quando la forza di ripristino è direttamente proporzionale a quella dello spostamento e agisce nella direzione opposta a quella dello spostamento, può essere descritto utilizzando le funzioni seno e coseno. Un esempio è un peso attaccato a una molla. Quando il peso è a riposo, è in equilibrio. Se il peso viene abbassato, c'è una forza di ripristino netta sulla massa (energia potenziale). Quando viene rilasciato, guadagna slancio (energia cinetica) e continua a muoversi oltre il punto di equilibrio, guadagnando energia potenziale (forza di ripristino) che lo farà oscillare nuovamente verso il basso.

Fonti e ulteriori letture

• Fitzpatrick, Richard. 'Oscillazioni e onde: un'introduzione', 2a ed. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. 'Oscillazioni, onde e acustica.' Nuova Delhi, India: I.K. Casa editrice internazionale, 2010.