Oscillatie en periodieke beweging in de natuurkunde

Oscillatie verwijst naar de herhaalde heen en weer beweging van iets tussen twee posities of toestanden. Een oscillatie kan een periodieke beweging zijn die zichzelf herhaalt in een normale cyclus, zoals een sinus—Een golf met voortdurende beweging zoals in de zijwaartse zwaai van een slinger, of de op en neergaande beweging van een veer met een gewicht. Een oscillerende beweging vindt plaats rond een evenwichtspunt of gemiddelde waarde. Het staat ook bekend als periodieke beweging.

Een enkele oscillatie is een complete beweging, of het nu op en neer of van links naar rechts is, gedurende een bepaalde periode.

Een oscillator is een apparaat dat beweging rond een evenwichtspunt vertoont. In een slingeruurwerk is er een verandering van potentiële energie naar kinetische energie bij elke schommel. Aan de bovenkant van de schommel is de potentiële energie maximaal, en die energie wordt omgezet in kinetische energie wanneer deze valt en wordt aan de andere kant teruggedreven. Nu weer bovenaan, is de kinetische energie tot nul gedaald en is de potentiële energie weer hoog, wat de retourzwaai aandrijft. De frequentie van de schommel wordt via versnellingen vertaald om de tijd te markeren. Een slinger verliest na verloop van tijd energie door wrijving als de klok niet wordt gecorrigeerd door een veer. Moderne uurwerken gebruiken de trillingen van kwarts en elektronische oscillatoren in plaats van de beweging van slingers.

Een oscillerende beweging in een mechanisch systeem zwaait heen en weer. Het kan worden vertaald in een roterende beweging (draaien in een cirkel) door een pin-and-slot. De draaibeweging kan op dezelfde manier worden gewijzigd in een oscillerende beweging.

Een oscillerend systeem is een object dat heen en weer beweegt en na een bepaalde tijd herhaaldelijk terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat. Op het evenwichtspunt werken er geen netto krachten op het object. Dit is het punt in de slingerzwaai wanneer deze verticaal staat. Een constante kracht of een herstellende kracht werkt op het object om de oscillerende beweging te produceren.

• Amplitude is de maximale verplaatsing vanaf het evenwichtspunt. Als een slinger één centimeter van het evenwichtspunt zwaait voordat hij aan zijn terugreis begint, is de oscillatie-amplitude één centimeter.
• Periode is de tijd die nodig is voor een volledige rondreis door het object en terug te keren naar de oorspronkelijke positie. Als een slinger aan de rechterkant begint en een seconde nodig heeft om helemaal naar links te reizen en nog een seconde om naar rechts terug te keren, is de periode twee seconden. Periode wordt meestal gemeten in seconden.
• Frequentie is het aantal cycli per tijdseenheid. Frequentie is gelijk aan een gedeeld door de periode. De frequentie wordt gemeten in Hertz of cycli per seconde.

De beweging van een eenvoudig harmonisch oscillerend systeem - wanneer de herstellende kracht recht evenredig is met die van de verplaatsing en werkt in de richting tegengesteld aan die van verplaatsing - kan worden beschreven met sinus en cosinus functies. Een voorbeeld is een gewicht dat aan een veer is bevestigd. Als het gewicht in rust is, is het in evenwicht. Als het gewicht naar beneden wordt getrokken, is er een netto herstellende kracht op de massa (potentiële energie). Wanneer het wordt vrijgegeven, wint het momentum (kinetische energie) en blijft het voorbij het evenwichtspunt bewegen, waarbij het potentiële energie wint (herstellende kracht) die het zal laten slingeren.

• Fitzpatrick, Richard. "Oscillations and Waves: An Introduction", 2e druk. Boca Raton: CRC Press, 2019.
• Mittal, P.K. 'Oscillaties, golven en akoestiek.' New Delhi, India: I.K. International Publishing House, 2010.