Periodický pohyb versus jednoduchý harmonický pohyb: Podrobné vysvětlení

Těleso je uznáno jako v pohybu, pokud v daném čase změní svou polohu vzhledem ke svému objetí.

Periodický pohyb versus jednoduchý harmonický pohyb lze vysvětlit jako: Těleso se nazývá periodický pohyb, pokud nepřetržitě opakuje svůj pohyb na určité dráze v určitém časovém období. Zatímco naopak, jednoduchý harmonický pohyb lze považovat za nejjednodušší formu vibračního nebo kmitavého pohybu.

Periodický pohyb

Periodický pohyb lze chápat jako pohyb, který denně pozorujeme. Při periodickém pohybu není nutné, aby posun, ke kterému došlo v tělese, byl ve směru vratné síly.

Země například dokončí svou jednu rotaci kolem své vlastní osy za 1 den. Pohyb Měsíce je také periodický pohyb, protože víme, že Měsíc dokončí jednu otáčku kolem Země za cca. 27 dní.

Podobně je pohyb ručiček v našich hodinách také periodickým pohybem. Všechny tyto pohyby se neustále opakují v určité dráze a v určitém časovém období.

Jednoduchý harmonický pohyb

Jednoduchý harmonický pohyb lze chápat jako samotný periodický pohyb, protože jednoduchý harmonický pohyb je a druh oscilačního pohybu. Kde vibrační pohyb nebo oscilace pohyb se předpokládá jako těleso, které vykonává periodický pohyb a pohybuje se po určité dráze tam a zpět o určité poloze (pevné poloze), pak je pohyb tělesa známý jako 'vibrační pohyb' nebo 'kmitavý pohyb'. 

Na výše uvedeném obrázku můžeme vidět, že se tělo pohybuje tam a zpět z pevné polohy. Zde tělo osciluje z pevného bodu O na druhou stranu, přičemž pokryje maximální posunutí k A, a pak se vrátí do pevné polohy O a poté přejde na další stranu A' pokrývající maximální posunutí. Z bodu A' tělo opět vychází do pevného bodu O. tento pohyb tam a zpět, který tělo provádí, se říká, že dokončí „1 vibraci“ nebo „1 oscilaci“.

Je však dokázáno, že každý kmitavý pohyb je automaticky periodickým pohybem, ale každý periodický pohyb není vibračním nebo kmitavým pohybem. Země se například otáčí kolem své osy, ale nepohybuje se tam a zpět kolem určitého bodu po dráze (to je nezbytná podmínka pro oscilační pohyb, který se v daném případě nedodržuje).

Jednoduchý harmonický pohyb má sinusový průběh amplitudy v závislosti na čase.

Na výše uvedeném obrázku je znázorněna křivka časového posunu tělesa oscilujícího tam a zpět kolem své pevné polohy. Posun y se měří z pevné polohy a čas t se měří od bodu, kdy těleso projde svou pevnou polohou. Jedna oscilace je dokončena z bodu O do bodu A a čas T zabraný jednomu oscilaci je periodický čas tělesa.

Maximální hodnota posunutí y na daném obrázku bude a. toto maximální posunutí je známé jako amplituda. Celkový počet kmitů, které tělo vykoná za dobu 1 sekundy, se nazývá frekvence. Frekvence (n) je převrácená hodnota za časové období.

Když těleso vibruje, jeho poloha a směr pohybu se mění s časem. Fáze kmitajícího tělesa v kterémkoli okamžiku ukazuje pohyb tělesa v tomto okamžiku. V každém okamžiku procházejí dvě vibrující tělesa současně svými rovnovážnými polohami ve stejném směru, pak jsou v tom okamžiku ve stejné fázi, a pokud procházejí opačnými směry, jsou v opačných směrech.

Bez ohledu na periodický pohyb potřebuje jednoduchý harmonický pohyb ke splnění určitých podmínek: -

• Pro jednoduchý harmonický pohyb by tělo mělo být v přímce pohybem tam a zpět o pevné poloze
• Vratná síla působící na těleso by měla být vždy úměrná posunutí tělesa z bodu.

Vratná síla je, když těleso zaujme místo své stabilní polohy. Nyní na něj působí opakující se síla, která směřuje do stabilní polohy. Díky této síle se v těle vytváří zrychlení a tělo začne vibrovat tam a zpět

Tato síla je dána:

 F= -kx

když je vratná síla úměrná dislokaci těla ze stabilní polohy, pak je rychlost změny rychlosti těla také úměrná dislokaci těla a vibruje a vykonává jednoduchý harmonický pohyb.

Kde k je silová konstanta a x je posunutí a znaménko – znamená, že těleso je posunuto v opačném směru.

Síla by měla vždy směřovat k pevnému bodu.

Jednoduchá harmonická pohyb lze vysvětlit pomocí následujících příkladů. Těleso připevněné k pružině v horizontální rovině vytváří vibrace, které jsou jednoduché harmonické povahy, kmitání jednoduchým kyvadlem, pohyb tělesa puštěného v pomyslném tunelu po zemi, kmitání tělesa plovoucího v kapalině, Newtonova kolébka, výkyvy, kmitání tělesa v hrdle vzduchové komory.

Rozdíl mezi periodickým pohybem a jednoduchým harmonickým pohybem můžeme usuzovat na základě vratné síly, která působí na těleso při kmitání, které má být úměrné dislokaci tělesa, zatímco periodický pohyb se neustále opakuje bez daných podmínek.

Často kladené otázky

Jsou dány dvě podmínky: -

• Takovým případem je obecná vibrace víceatomové molekuly o její konfiguraci. mají různé vlastní frekvence a díky tomu jejich kmitání dochází k superpozici SHM řady proměnných frekvencí. tato superpozice je periodická, ale ne SHM.

• Revoluce Země kolem Slunce je periodická, ale není to SHM.

Frekvence a časové období částice provádějící SHM souvisí jako-

Frekvence je reciproční za časové období.

Také čtení:

• Příklady vertikálního pohybu
• Vzorec pohybu projektilu
• Objektiv pro zachycení emocí
• Příklady stavu pohybu
• Jak světla pohybového senzoru detekují pohyb
• Příklady rovnoměrně zrychleného pohybu
• Příklady rovnoměrného kruhového pohybu
• Příklady rozsahu pohybu
• Příklady proměnných pohybů
• Příklady oscilačního pohybu