物理学における振動と周期運動

振動は規則的な周期で繰り返されます

クライヴ・ストリーター/ゲッティイメージズ

振動とは、2 つの位置または状態の間で何かが前後に繰り返される動きを指します。振動は、定期的なサイクルで繰り返される周期的な動きの場合があります。 正弦波 — 振り子の左右の揺れ、またはおもりが付いたばねの上下運動のように、永久運動を伴う波。振動運動は、平衡点または平均値の周りで発生します。周期運動とも呼ばれます。

1回の振動は、一定期間にわたる上下または左右の完全な動きです。

発振器

振動子は、平衡点の周りで運動を示すデバイスです。振り子時計では、位置エネルギーから 運動エネルギー 一振りごとに。スイングの頂点で位置エネルギーは最大になり、そのエネルギーは落下するときに運動エネルギーに変換され、反対側に押し戻されます。再び頂点に立つと、運動エネルギーはゼロになり、位置エネルギーは再び高くなり、リターン スイングに力を与えます。スイングの頻度は、歯車を介して時間をマークするために変換されます。時計がバネによって修正されていない場合、振り子は時間の経過とともに摩擦によってエネルギーを失います。現代の時計は、振り子の動きではなく、クォーツや電子振動子の振動を利用しています。

振動運動

機械系の振動運動は、左右に揺れています。ペグとスロットによって、回転運動 (円を描くように回転) に変換できます。同様の方法で、回転運動を揺動運動に変えることができます。

振動システム

振動系は、前後に動き、一定時間後に初期状態に戻ることを繰り返すオブジェクトです。平衡点では、正味の力は物体に作用しません。これは、垂直位置にあるときの振り子スイングのポイントです。一定の力または復元力が物体に作用して、振動運動を生成します。

振動変数

振幅平衡点からの最大変位です。振り子が、帰りの旅を始める前に平衡点から 1 cm 振れる場合、振動の振幅は 1 cm です。 限目は、オブジェクトが完全に往復して最初の位置に戻るのにかかる時間です。振り子が右から始まり、左に移動するのに 1 秒、右に戻るのに 1 秒かかる場合、その周期は 2 秒です。周期は通常、秒単位で測定されます。 周波数単位時間あたりのサイクル数です。 周波数 は、1 を周期で割った値に等しくなります。周波数はヘルツ、つまり 1 秒あたりのサイクル数で測定されます。

単純調和運動

復元力が変位のそれに正比例し、変位の方向と反対の方向に作用するときの単純な調和振動系の運動は、正弦関数と余弦関数を使用して記述できます。例として、バネに取り付けられたおもりがあります。重りが静止しているとき、それは平衡状態にあります。重りが引き下げられると、質量に正味の復元力 (ポテンシャル エネルギー) が生じます。それが解放されると、運動量 (運動エネルギー) を獲得し、平衡点を超えて移動し続け、位置エネルギー (復元力) を獲得して、再び下に振動させます。

ソースと参考文献

• フィッツパトリック、リチャード。 「振動と波：はじめに」第2版。ボカラトン: CRC プレス、2019 年。
• ミタル、P.K. 「振動、波動、音響」インド、ニューデリー: I.K.国際出版社、2010年。