Svārstības un periodiska kustība fizikā

Svārstības attiecas uz atkārtotu kaut kā kustību uz priekšu un atpakaļ starp divām pozīcijām vai stāvokļiem. Svārstības var būt periodiskas kustības, kas atkārtojas regulārā ciklā, piemēram, a sinusa vilnis- vilnis ar pastāvīgu kustību, piemēram, svārsta šūpolēs no vienas puses uz otru, vai atsperes ar svaru kustība augšup un lejup. Ap līdzsvara punktu vai vidējo vērtību notiek svārstīga kustība. To sauc arī par periodisku kustību.

Atsevišķas svārstības ir pilnīga kustība noteiktā laika posmā uz augšu un uz leju vai no vienas puses uz otru.

Oscilators ir ierīce, kas izrāda kustību ap līdzsvara punktu. Svārsta pulkstenī notiek izmaiņas no potenciālās enerģijas uz kinētiskā enerģija ar katru šūpoles. Šūpoles augšpusē potenciālā enerģija ir maksimāla, un šī enerģija tiek pārveidota par kinētisko enerģiju, kad tā nokrīt un tiek virzīta atpakaļ uz otru pusi. Tagad atkal augšpusē kinētiskā enerģija ir samazinājusies līdz nullei, un potenciālā enerģija atkal ir augsta, kas darbina atgriešanās šūpoles. Laika atzīmēšanai šūpošanās biežums tiek pārvērtēts ar zobratu palīdzību. Svārs laika gaitā zaudēs enerģiju līdz berzei, ja pulksteni neizlabos pavasaris. Mūsdienu pulksteņi izmanto kvarca un elektronisko oscilatoru vibrācijas, nevis svārsta kustību.

Svārstīgas kustības mehāniskā sistēmā svārstās no vienas puses uz otru. To var pārveidot ar pagriežamu kustību (apgriešanos apli) ar spraugu. Rotācijas kustību var mainīt uz svārstīgu kustību ar to pašu metodi.

Svārstīga sistēma ir objekts, kas pārvietojas uz priekšu un atpakaļ, pēc kāda laika atkārtoti atgriežoties sākotnējā stāvoklī. Līdzsvara stāvoklī objektam nedarbojas neto spēki. Šis ir svārsta šūpoles punkts, kad tas atrodas vertikālā stāvoklī. Pastāvīgs vai atjaunojošs spēks iedarbojas uz objektu, lai radītu svārstīgu kustību.

• Amplitūda ir maksimālais pārvietojums no līdzsvara punkta. Ja svārs novirzās vienu centimetru no līdzsvara punkta pirms atgriešanās sākuma, svārstību amplitūda ir viens centimetrs.
• Periods ir laiks, kas vajadzīgs objekta pilnīgam braucienam turp un atpakaļ, atgriežoties sākotnējā stāvoklī. Ja svārsts sākas labajā pusē un vienas sekundes laikā brauc līdz galam pa kreisi un vēl vienu sekundi atgriežas labajā pusē, tā ilgums ir divas sekundes. Periodu parasti mēra sekundēs.
• Biežums ir ciklu skaits uz laika vienību. Biežums ir vienāds ar vienu, dalīts ar periodu. Frekvenci mēra hercos vai ciklos sekundē.

Vienkāršas harmoniskas svārstību sistēmas kustība - kad atjaunojošais spēks ir tieši proporcionāls pārvietošanu un darbojas pretējā virzienā nekā pārvietojums - var aprakstīt, izmantojot sinusu un kosinusu funkcijas. Piemērs ir atsperei piestiprināts svars. Kad svars ir miera stāvoklī, tas ir līdzsvarā. Ja svars tiek novilkts, masai tiek atjaunots neto spēks (potenciālā enerģija). Kad tas tiek atbrīvots, tas iegūst impulsu (kinētisko enerģiju) un turpina virzīties ārpus līdzsvara punkta, iegūstot potenciālo enerģiju (atjaunojošo spēku), kas to virzīs, atkal svārstoties lejup.

• Ficpatriks, Ričards. "Svārstības un viļņi: ievads", 2. ed. Boca Raton: CRC Press, 2019. gads.
• Mittal, P.K. "Svārstības, viļņi un akustika." Ņūdeli, Indija: I.K. Starptautiskā izdevniecība, 2010.