Che cosa è un oscillatore armonico?

Un oscillatore armonico è un sistema in fisica che agisce secondo la legge di Hooke. Questa regola descrive comportamento elastico, e mette fuori che la quantità di forza applicata ad una molla, o altro oggetto elastica, è proporzionale al suo spostamento. Un sistema oscillatore armonico ritorna alla sua posizione originale quando la forza viene rimossa dall'oggetto elastica.

In corsi di fisica, un semplice esempio di un blocco attaccato ad una parete da una molla è spesso usato per illustrare il concetto di oscillazione armonica. La superficie che il blocco scorrevole su viene considerato attrito. Quando il sistema viene messo in movimento, esso segue l'equazione ω 0 = 2πf 0, che è anche uguale alla radice quadrata della costante della molla (k), diviso per la massa del blocco (m).

ω 0 è la velocità angolare, che ha unità di radianti per secondo, ed f 0 è la frequenza naturale, che ha unità di Hertz. Il periodo del blocco - il tempo necessario per passare attraverso un ciclo completo di movimento - è uguale a uno diviso f 0. La costante della molla indica come rigida primavera è, ed è unico per ogni primavera. Ha unità di forza per lunghezza, per esempio, Newton per metro.

Questo semplice esempio è chiamato un oscillatore armonico smorzato e, teorizza che, poiché il blocco si muove lungo una superficie di attrito, continuerà muoversi alla stessa frequenza sempre. In realtà, tuttavia, non si avrebbe una tale situazione. Sistemi reali con attrito sono chiamati sistemi antivibranti, in cui il movimento del blocco rallenterà, lo spostamento della molla si riduce, e il sistema alla fine fermarsi.

Un sistema oscillatore armonico può essere sovrasmorzato, sottosmorzato, o criticamente smorzata. Equazioni differenziali descrivono il moto dei sistemi smorzati, quindi la loro soluzione può essere molto complessa. Ogni tipo di sistema smorzato ha un proprio tipo di movimento, tuttavia, che è facilmente riconoscibile.

In un sistema sovrasmorzato, il blocco non oscilla. Si ritorna alla sua posizione originale lentamente dopo viene applicata la forza e la molla si arresta. Il blocco può oscillare per molto tempo in un sistema sottosmorzato, con la molla allungamento meno con ogni oscillazione consecutive finché il sistema torna a riposo. Un sistema criticamente smorzato si comporta nello stesso modo di un sistema sovrasmorzato, ma è ottimamente per tornare alla posizione originale nel minor tempo possibile.

Un oscillatore armonico quantistico descritto come due molecole interagiscono tra loro. Essi vibrano avanti e indietro in un modo simile a una massa su una molla. Invece di una costante elastica, l'equazione per un oscillatore armonico quantistico usa una costante forza di legame, che descrive la forza del legame tra le due molecole. Il rapporto tra la velocità angolare e la frequenza è la stessa.