Jednoduché harmonické příklady: Podrobné vysvětlení

Když se částice pohybuje přímočaře sem a tam kolem své rovnovážné polohy, pak se pohyb částice nazývá 'jednoduchý harmonický pohyb. pojďme diskutovat o jednoduchých příkladech harmonického pohybu.

Kyvadlo s hodinami

Když má bodová hmota beztížný, neroztažitelný a dokonale ohebný řetězec, který je zavěšen na tuhé podpěře, pak je takové uspořádání známé jako jednoduché kyvadlo. Pokud hmotu bodu mírně posuneme na jednu stranu a uvolníme. Pak za takových okolností, jednoduché kyvadlo se začne kývat ze střední polohy sem a tam. Toto kývání jednoduchého kyvadla v přímce ze střední polohy je příkladem jednoduchého harmonického pohybu.

jednoduché kyvadlo
jednoduché kyvadlo

Oscilace kytarových strun

Hudební nástroj jako kytarové struny je příkladem jednoduchého harmonického pohybu. Když cinkáme na strunu kytary, struna se začne pohybovat sem a tam. Nejprve se struny kytary pohybují dopředu a poté se pohybují opačným směrem. Tento pohyb způsobuje vibrace. Tyto vibrace vytvářené kytarovými strunami vytváří zvukové vlny které lidské uši slyší jako hudbu

Odpružení automobilu

Systém odpružení automobilu obsahuje pružiny, protože pružiny mají elastickou vlastnost, kdykoli dojde k nárazu, pružina stlačí, což má za následek zvednutí kol automobilu bez skutečného zvednutí karoserie automobilu, podobně když se pružiny roztáhnou, způsobí pokles kola bez skutečného pádu automobilu těleso to způsobuje pohyb tam a zpět, což je jednoduchý harmonický pohyb. Ačkoli je tento typ pohybu tlumící, což znamená, že se po určitou dobu snižuje. Tento jednoduchý harmonický pohyb snižuje otřesy, které cestující obdrží, když auto přejede nerovnost.

Sluch

Díky jednoduchému harmonickému pohybu má živý organismus schopnost slyšet. Když vibrační molekuly narazí na naše ušní bubínky, způsobí to kývání našich ušních bubínků. Tyto vibrace způsobené našimi ušními bubínky se přenášejí do mozku organismů. V pravý čas jsou tyto detaily přenášeny do mozku organismu prostřednictvím sluchových nervů, mozek pak tyto vibrace převádí do hmatatelných zvuků.

Bungee jumping

Jednoduché příklady harmonického pohybu můžeme vidět i v našich sportech, např. bungee jumping. Při dobrodružném sportu, jako je bungee jumping, je k nohám člověka přivázáno dlouhé lanko. Poté osoba provádí bungee jumping z konkrétní plošiny umístěné ve výšce.

Když člověk skočí z útesu, díky zpětnému lanku je tažen zpět a opět se pohybuje dolů vlivem gravitace; toto pokračuje. Jak lze při bungee jumpingu vidět opakující se pohyb sem a tam, je to příklad jednoduchého harmonického pohybu.

Houpat se

Houpačky lze snadno vidět v zábavních parcích, zahradách, školách atd. Pohyb zobrazený na houpačkách je známý jako jednoduchý harmonický pohyb, protože při houpání dítě, které na něm sedí, zažívá sílu působící na něj, která je přímo úměrná jeho posunutí a pohybu. směřující do rovnovážné polohy. To způsobuje opakující se pohyb švihu tam a zpět, což způsobuje jednoduchý harmonický pohyb.                                                                                                         

Newtonova kolébka

Je vidět jednoduchý harmonický pohyb Newtonova kolébka. Jedná se o přístroj, který ukazuje princip zachování hybnosti a princip zachování energie.

Newtonova kolébka se skládá z 5 kovových kuliček zavěšených na provázku tak, aby pohyb koulí byl na jednom místě. Všechny koule jsou umístěny tak, aby všechny koule byly v klidu a všechny koule byly v kontaktu se sousední koulí. V newtonově kolébce, když je nejzazší koule zvednuta z klidu a vytažena a uvolněna, koule se začne houpat jako kyvadlo a uvolněná koule narazí na sousední kouli.

Když se sousední koule dostane do kontaktu s uvolněnou koulí, energie a hybnost uvolněné koule se přenesou přes tři koule v klidu do poslední koule na druhé krajní kouli. Přenos energie a hybnosti způsobí, že se míček pohybuje stejnou rychlostí jako první míček. Pokud se vytáhne a uvolní více než jedna koule, pak se stejný počet koulí, kolik se uvolní, uvede do pohybu od konce odpočívajících koulí. Zde můžeme vidět oscilaci kuliček (tam a zpět). Ukazují jednoduchý harmonický pohyb.

Newtonova kolébka
newtonova kolébka

Pohyb tělesa v díře vyvrtané středem země

Představte si, že máme tunel procházející středem Země a těleso, ve kterém je uvolněna nějaká hmota. Poté se vlivem gravitační přitažlivosti síla, která působí na těleso, pohybuje směrem k zemskému středu. Zde těleso nikdy nespadne na jinou stranu zemské díry kvůli kolísání gravitační konstanty 'g, která je maximální na povrchu a nulová ve středu Země.

Když těleso padá do středu Země, dosáhne pouze středu, pak je na něj opět vyvíjena gravitační síla, která se pohybuje zpět v opačném směru. Tento proces stále pokračuje. Tento periodický pohyb tělesa uvnitř zemské díry je jednoduchý harmonický pohyb. Toto je však teoretický příklad jednoduchého harmonického pohybu.

ples provádějící SHM
ples provádějící SHM

Hmota naložená na pružinách

když je hmota zavěšena na spodním konci pružin, pak se v důsledku její hmotnosti zvětší délka pružiny. Díky pružnosti pružin působí vratnou silou, díky které se opět pohybuje v opačném směru. Když zatáhneme, hmota se zavěsí mírně dolů a uvolní. Poté kmitá nahoru a dolů spolu se zatíženou hmotou, což je příklad jednoduchého harmonického pohybu.   

Oscilace bloku v kapalině

Oscilace bloku v kapalině je také příklad jednoduchého harmonického pohybu. Když je blok zatlačen trochu dolů do kapaliny a opuštěn, začne v kapalině oscilovat nahoru a dolů a ukazuje jednoduchý harmonický pohyb.                                                                                       

jednoduché příklady harmonického pohybu
Oscilace bloku v kapalině

Torzní kyvadlo

Torze kyvadlo je příkladem úhlového jednoduchého harmonického pohybu. Torzní kyvadlo se skládá z kotouče, který je zavěšen na tenkém drátu. Když je zkroucený a uvolněný, pohybuje se tam a zpět směrem a vykonává jednoduchý harmonický pohyb. Místo houpačky se otáčí torzní kyvadlo. Takové typy kyvadel se používají v mechanických náramkových hodinkách.

Screenshot 217
torzní kyvadlo vitrína SHM

Oscilace koule ve vzduchové komoře

Koule ve vzduchové komoře s dlouhým krkem také vykazuje jednoduchý harmonický pohyb. Předpokládejme, že uvažujeme kouli v hrdle vzduchové komory, která má v sobě tlak vzduchu. Tlak vzduchu v nádobě je atmosférický. Pokud lehce zatlačíme na kouli v hrdle vzduchové komory, koule začne kmitat nahoru a dolů a ukazuje jednoduchý harmonický pohyb.

Screenshot 206
oscilace koule ve vzduchové komoře ukazující SHM

Také čtení: