Oscillation och periodisk rörelse i fysik

Oscillation avser den upprepade fram och tillbaka rörelsen av något mellan två positioner eller tillstånd. En svängning kan vara en periodisk rörelse som upprepar sig i en regelbunden cykel, t.ex. sinusvåg- en våg med ständig rörelse som i en pendels svängning sida vid sida eller en fjäder med en vikt upp och ner. En svängande rörelse inträffar runt en jämviktspunkt eller medelvärde. Det är också känt som periodisk rörelse.

En enda svängning är en fullständig rörelse, antingen uppåt och nedåt eller från sida till sida, under en tidsperiod.

En oscillator är en enhet som visar rörelse runt en jämviktspunkt. I en pendelklocka är det en förändring från potentiell energi till rörelseenergi med varje gunga. Längst upp i svingen är potentiell energi maximalt och den energin omvandlas till kinetisk energi när den faller och drivs tillbaka upp på andra sidan. Nu överst på toppen har kinetisk energi sjunkit till noll, och potentiell energi är hög igen, vilket driver återgångssvingningen. Svängningsfrekvensen översätts via kugghjul för att markera tiden. En pendel kommer att förlora energi över tid till friktion om klockan inte korrigeras av en fjäder. Moderna tidstycken använder vibrationerna från kvarts och elektroniska oscillatorer, snarare än rörelser av pendlar.

En svängande rörelse i ett mekaniskt system svänger sida vid sida. Det kan översättas till en roterande rörelse (vrida sig i en cirkel) med en pinn-och-spår. Rotationsrörelse kan ändras till oscillerande rörelse med samma metod.

Ett oscillerande system är ett objekt som rör sig fram och tillbaka och upprepade gånger återgår till sitt ursprungliga tillstånd efter en tidsperiod. Vid jämviktspunkten verkar inga nätkrafter på föremålet. Detta är punkten i pendelsvingan när den är i vertikalt läge. En konstant kraft eller en återställningskraft verkar på föremålet för att producera oscillerande rörelse.

• Amplitud är den maximala förskjutningen från jämviktspunkten. Om en pendel svänger en centimeter från jämviktspunkten innan den återvänder, är svängningsamplituden en centimeter.
• Period är den tid det tar för en fullständig rundresa med objektet och återgår till sin ursprungliga position. Om en pendel börjar till höger och tar en sekund att resa hela vägen till vänster och ytterligare en sekund för att återgå till höger, är perioden två sekunder. Period mäts vanligtvis i sekunder.
• Frekvens är antalet cykler per tidsenhet. Frekvens motsvarar en dividerad med perioden. Frekvensen mäts i Hertz, eller cykler per sekund.

Rörelsen för ett enkelt harmoniskt svängande system - när återställningskraften är direkt proportionell mot den hos förskjutning och verkar i motsatt riktning mot förskjutningen - kan beskrivas med sinus och kosinus funktioner. Ett exempel är en vikt fäst på en fjäder. När vikten är i vila är den i jämvikt. Om vikten dras ner finns det en nettoåterställningskraft på massan (potentiell energi). När den frigörs får den fart (kinetisk energi) och fortsätter att gå utöver jämviktspunkten och få potentiell energi (återställa kraft) som kommer att driva den i att svänga ner igen.

• Fitzpatrick, Richard. "Oscillations and Waves: An Introduction", 2: a upplagan. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. "Oscillationer, vågor och akustik." New Delhi, Indien: I.K. International Publishing House, 2010.