Druhy harmonický oscilátor jsou rozděleny do několika typů na základě jejich funkční schopnosti s pohybem tam a zpět, který je obvykle přemístěn ze své rovnovážné polohy, při které působí vratná síla.
Typy harmonických oscilátorů jsou uvedeny níže:
Jednoduchý harmonický oscilátor
Jednoduchý harmonický oscilátor je jedním z typů harmonických oscilátorů. Periodický pohyb tam a zpět z rovnovážné polohy je také známý jako jednoduchý harmonický pohyb.
Pohyb systému v jednoduchém harmonickém oscilátoru je periodický. Například uvažujeme, že kyvadlo, které je zavěšeno z rovnovážné polohy, se pohybuje dopředu a dozadu, než se zastaví. Pohyb tam a zpět se snižuje s poklesem amplitudy.
V tomto typu jednoduchého harmonického pohybu je vratná síla a velikost s tím, jak moc tělo zažívá pohyb, je vzájemně úměrná, když je vytlačeno ze své rovnovážné polohy. Vratná síla působící na předmět je jednoduše síla použitá k zastavení vibrací.
Příklady pro lepší pochopení jednoduchých harmonických oscilátorů
Oscilační kyvadlo: Kyvadlo je hmota zavěšená na pevné, tuhé podpěře. Při stlačení zažije systém vibrace tam a zpět ze své rovnovážné polohy. Tato oscilace je periodická a probíhá jednoduchým harmonickým pohybem.
Když na oscilace působí vratná síla, zmenšuje se s klesající amplitudou a ustává. Tento oscilace je známá jako jednoduchá harmonická pohyb.
Další příklad jednoduché harmonické pohyb je parková houpačka, které si všimneme v parcích. Tyto švihy zůstávají v klidu, dokud na ně nepůsobí síla, aby zahájily pohyb. Když si na něj člověk sedne a začne se houpat, spustí se pohyb.
Při mírném zatlačení se švihy posunou ze své rovnovážné polohy a pohybují se tam a zpět. Tento pohyb je periodický a dochází také k jednoduchým harmonickým oscilacím.
Tlumený harmonický oscilátor
Tlumení je omezení vibrací a kmitů v rovnovážném systému ztrátou energie. Tlumící oscilátory jsou ty, u kterých se vibrace s časem snižují.
V tlumícím harmonickém obvodu probíhají oscilace po dlouhou dobu, dokud a dokud na rovnovážný systém nepůsobí vratná síla. Tato vratná síla je jedním z důvodů poklesu oscilace v průběhu času.
Tlumící harmonické oscilátory se dělí na tři typy podle tlumícího faktoru. O systému se říká, že je kritickým tlumením, když je faktor tlumení roven jedné. Když je faktor tlumení větší než jedna, nazývá se přetlumené nebo vysoké tlumení. Systém je považován za nedostatečně navlhčený, pokud je faktor tlumení menší než jedna.
Vzorec tlumení je spojen s druhým Newtonovým zákonem a podle něj platí vzorec pro jakýkoli tlumený harmonický oscilátor takto.
C2 – 4mk = přetlumený
C2 – 4mk = kriticky tlumené
C2 – 4mk = nedotlumené
Faktor tlumení pro tlumící harmonický oscilátor je ten, že se vibrace vrátí na nulu v nejkratším časovém intervalu. Systém prochází harmonickým pohybem; když je aplikována vratná síla, oscilace se nakonec zastaví nebo se vrátí do rovnovážné polohy v kratším časovém intervalu.
Tlumené harmonické kmitání je jedním z typů harmonických oscilátorů. Vynikajícím příkladem tlumených kmitů je závaží zavěšené na pružině. Když je závaží zavěšeno, posouvá se z rovnovážné polohy tam a zpět a nakonec se zastaví.
Harmonické oscilace jsou důvodem, proč některé systémy fungují se správnými pohyby tam a zpět. Často máme tendenci nevšímat si každodenních událostí, ale vidíme v nich harmonické oscilace.
Kvantový harmonický oscilátor
Kvantový harmonický oscilátor je analogický s běžnými oscilátory. Kvantový harmonický oscilátor se obecně zabývá kvantovou mechanikou. Vestavěná konfigurace kvantového harmonického oscilátoru je odlišná od klasického harmonického oscilátoru.
Vzhledem k vestavěnému rozdílu jak pro kvantový harmonický oscilátor, tak pro klasický harmonický oscilátor, dojde ke změnám ve funkčnosti jakéhokoli systému, který spadá pod kterýkoli z těchto oscilátorů.
Kvantový harmonický oscilátor modeluje vibrace v mikroúrovňových systémech. Například, v kvantové optice reprezentace chování vibrací v molekulách nebo molekulárních úrovních, vlnové balíčky je možné s kvantovými harmonickými oscilátory.
V tomto kvantový harmonický oscilátor energie Říká se, že úroveň je rovnoměrně rozmístěna, aniž by byla spojitá.
Rozdíly v kvantovém harmonickém oscilátoru
Pohyb v kvantovém harmonickém oscilátoru je podobný pohybu v klasických harmonických oscilátorech s malými rozdíly. Oscilace nebo vibrace v kvantovém harmonickém oscilátoru jsou lépe vysvětleny pomocí Schrodingerovy rovnice.
Kvantový harmonický oscilátor je analogický s běžnými oscilátory. Kvantový harmonický oscilátor se obecně zabývá kvantovou mechanikou. Vestavěná konfigurace kvantového harmonického oscilátoru je odlišná od klasického harmonického oscilátoru.
Vzhledem k vestavěnému rozdílu jak pro kvantový harmonický oscilátor, tak pro klasický harmonický oscilátor, dojde ke změnám ve funkčnosti jakéhokoli systému, který spadá pod kterýkoli z těchto oscilátorů.
Kvantový harmonický oscilátor modeluje vibrace v mikroúrovňových systémech. Například, v kvantové optice reprezentace chování vibrací v molekulách nebo molekulárních úrovních, vlnové balíčky je možné s kvantovými harmonickými oscilátory.
V tomto kvantovém harmonickém oscilátoru se říká, že energetická hladina je rovnoměrně rozložená, aniž by byla spojitá.
Pohyb v kvantovém harmonickém oscilátoru je podobný pohybu v klasických harmonických oscilátorech s malými rozdíly. Oscilace nebo vibrace v kvantovém harmonickém oscilátoru jsou lépe vysvětleny pomocí Schrodingerovy rovnice.
Často kladené otázky
Jaké je použití harmonických oscilátorů?
Harmonické oscilátory se používají v systému ke snížení oscilací v systému.
Harmonické oscilátory v systému jsou periodické a se snižující se amplitudou klesá. Pohyb tam a zpět v systému trvá dlouhou dobu, dokud není na systém aplikována vratná síla.
Proč používáme harmonický oscilátor?
Aby se systém dostal do rovnovážné polohy ve stručném rozpětí, používá se harmonický oscilátor.
Když systém prochází pohybem, zastaví se, když na něj působí síla, a tato síla je známá jako vratná síla. Oscilace v systému se s klesající amplitudou zastaví nebo se dostanou do rovnovážné polohy.
Zmínit rozdíl mezi jednoduchým harmonickým pohybem a kmitáním?
Jednoduchý harmonický pohyb je perioda, ale oscilace se mění.
U prostého harmonického pohybu se vratná síla působící na soustavu nezmiňuje. U oscilací se obecně neuvádí síla, která pomáhá utlumit oscilace nazývané jako vratná síla.
Jak se vysvětluje harmonický pohyb?
Harmonický pohyb je periodický pohyb a je vysvětlen pomocí sinusovky.
Kmity vibračního systému se snižují se snižováním amplitudy. Oscilace procházejí určitou změnou, to znamená, že budou čelit vratné síle nebo negativní síle. Tato síla působí opačně než pohyb, ve kterém systém působí.
Vratná síla a výchylka kmitajícího tělesa z rovnovážné polohy jsou tedy úměrné. Jeden z typů harmonického oscilátoru, kterým je tlumený harmonický oscilátor, je vysvětlen pomocí druhého Newtonova zákona.
Co je to elektrický oscilátor?
Elektrický oscilátor je ten, který produkuje elektrické signály v obvodu, ve kterém je vyroben, a tyto signály jsou obvykle sinusové nebo obdélníkové.
Vynikajícím příkladem elektrického oscilátoru je harmonický pohyb. Tento elektrický oscilátor převádí stejnosměrný proud na střídavý proud. Vytváří spojité průběhy bez jakéhokoli vstupu. Jednoduchý harmonický pohyb je jedním z velkých příkladů harmonických kmitů.
***********************
