Vad är oscillation i fysik?

Oscillation avser den upprepade rörelsen fram och tillbaka av något mellan två positioner eller tillstånd. En svängning kan vara en periodisk rörelse som upprepar sig i en vanlig cykel, som t.ex. en sinusvåg – en våg med evig rörelse som i en pendels svängning från sida till sida, eller upp-och-nedrörelse av en fjäder med en vikt. En oscillerande rörelse sker runt en jämviktspunkt eller ett medelvärde. kallas också periodisk rörelse.

En enstaka svängning är en fullständig rörelse, antingen upp och ner eller från sida till sida, över en tidsperiod.

Oscillatorer

En oscillator är en anordning som uppvisar rörelse runt en jämviktspunkt. I en pendelklocka sker en förändring från potentiell energi till kinetisk energi med varje sving. Överst på svingen är potentiell energi maximalt, och den energin omvandlas till kinetisk energi när den faller och drivs tillbaka upp på andra sidan. Nu igen på toppen, har den kinetiska energin sjunkit till noll, och den potentiella energin är hög igen, vilket driver retursvingen. Svängningsfrekvensen översätts via växlar för att markera tid. En pendel kommer att förlora energi med tiden till friktion om klockan inte korrigeras av en fjäder. Moderna klockor använder vibrationerna från kvarts och elektroniska oscillatorer, snarare än pendlars rörelse.

Oscillerande rörelse

En oscillerande rörelse i ett mekaniskt system svänger sida till sida. Det kan översättas till en roterande rörelse (som vänder sig i en cirkel) med en tapp-och-slits. Roterande rörelse kan ändras till oscillerande rörelse med samma metod.

Oscillerande system

Ett oscillerande system är ett objekt som rör sig fram och tillbaka, upprepade gånger återvänder till sitt ursprungliga tillstånd efter en viss tid. Vid jämviktspunkten verkar inga nettokrafter på föremålet. Detta är punkten i pendelsvängningen när den är i vertikalt läge. En konstant kraft eller en återställande kraft verkar på föremålet för att producera den oscillerande rörelsen.

Variables of Oscillation

Amplitud är den maximala förskjutningen från jämviktspunkten. Om en pendel svänger en centimeter från jämviktspunkten innan den påbörjar sin återresa är svängningsamplituden en centimeter.

Period är den tid det tar för objektet att ta en hel tur och retur och återgå till dess ursprungliga position. Om en pendel startar till höger och tar en sekund att gå hela vägen till vänster och ytterligare en sekund att återvända till höger, är dess period två sekunder. ​Perioden mäts vanligtvis i sekunder.

Frekvens är antalet cykler per tidsenhet . Frekvensen är lika med en dividerad med perioden. Frekvensen mäts i Hertz, eller cykler per sekund.

Enkel harmonisk rörelse

Rörelsen hos ett enkelt harmoniskt oscillerande system – när återställningen kraften är direkt proportionell mot förskjutningens och verkar i motsatt riktning mot förskjutningen – kan beskrivas med sinus- och cosinusfunktioner. Ett exempel är en vikt fäst vid 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 släpps får den fart (kinetisk energi) och fortsätter att röra sig bortom jämviktspunkten och får potentiell energi (återställande kraft) som kommer att driva den att svänga ner igen.

Källor och ytterligare läsning

Fitzpatrick, Richard. ”Oscillations and Waves: An Introduction,” 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2019.