תנועה הרמונית פשוטה לעומת תנועה תקופתית
תנועות תקופתיות ותנועות הרמוניות פשוטות הן שני סוגים חשובים מאוד של תנועות בחקר הפיזיקה. תנועה הרמונית פשוטה היא מודל טוב להבנת התנועות המחזוריות המורכבות. מאמר זה יסביר מה הן תנועה תקופתית ותנועה הרמונית פשוטה, היישומים שלהן, קווי הדמיון ולבסוף ההבדלים ביניהן.
תנועה תקופתית
תנועה מחזורית יכולה להיחשב ככל תנועה שחוזרת על עצמה בפרק זמן קבוע. כוכב לכת הסובב סביב השמש הוא תנועה תקופתית. לוויין שמסתובב סביב כדור הארץ הוא תנועה מחזורית אפילו התנועה של סט כדור איזון היא תנועה מחזורית.רוב התנועות המחזוריות שאנו נתקלים בהן הן מעגליות או חצי מעגליות. לתנועה מחזורית יש תדירות. התדירות פירושה כמה "תדירות" האירוע מתרחש. לשם הפשטות, אנו לוקחים את התדירות כהתרחשויות בשנייה. תנועות מחזוריות יכולות להיות אחידות או לא אחידות. לתנועה מחזורית אחידה יכולה להיות מהירות זוויתית אחידה. לפונקציות כמו אפנון משרעת יכולות להיות תקופות כפולות. הם פונקציות מחזוריות המובלעות בפונקציות מחזוריות אחרות. היפוך של תדירות התנועה המחזורית נותן את הזמן לתקופה. תנועות הרמוניות פשוטות ותנועות הרמוניות מעוכות הן גם תנועות תקופתיות.
Simple Harmonic Motion
התנועה ההרמונית הפשוטה מוגדרת כתנועה בצורת a=– (ω2) x, כאשר "a" היא התאוצה ו-"x" הוא ה- תזוזה מנקודת שיווי המשקל. המונח ω הוא קבוע. תנועה הרמונית פשוטה דורשת כוח שיקום. כוח השיקום יכול להיות קפיץ, כוח כבידה, כוח מגנטי או כוח חשמלי.תנודה הרמונית פשוטה לא תפלוט שום אנרגיה. האנרגיה המכנית הכוללת של המערכת נשמרת. במידה והשימור לא חל, המערכת תהיה מערכת הרמונית מוכתמת. ישנם יישומים חשובים רבים של תנודות הרמוניות פשוטות. שעון מטוטלת הוא אחת המערכות ההרמוניות הפשוטות הטובות ביותר שיש. ניתן להראות שתקופת התנודה אינה תלויה במסת המטוטלת. אם גורמים חיצוניים כמו התנגדות אוויר משפיעים על התנועה, היא תרדם בסופו של דבר ותיעצר. סיטואציה בחיים האמיתיים היא תמיד תנודה דחוסה. מערכת מסת הקפיץ היא גם דוגמה טובה לתנודה הרמונית פשוטה. הכוח שנוצר על ידי גמישות הקפיץ פועל ככוח המשקם בתרחיש זה. התנועה ההרמונית הפשוטה יכולה להיחשב גם כהקרנה של תנועה מעגלית עם מהירות זוויתית קבועה. בנקודת שיווי המשקל, האנרגיה הקינטית של המערכת הופכת למקסימום, ובנקודת המפנה, האנרגיה הפוטנציאלית הופכת למקסימום והאנרגיה הקינטית הופכת לאפס.
מה ההבדל בין תנועה מחזורית לתנועה הרמונית פשוטה?
• תנועה הרמונית פשוטה היא מקרה מיוחד של תנועה מחזורית.
• תנועה הרמונית פשוטה דורשת כוח שחזור, אבל יכולות להיות תנועות מחזוריות, ללא כוחות שחזור.
• תנועה הרמונית פשוטה שומרת את האנרגיה המכנית הכוללת שלה, אבל מערכת מחזורית לא בהכרח חייבת לעשות זאת.
