In dit artikel wordt uitgelegd wat oscillaties in de natuurkunde zijn. Je vindt de betekenis van een oscillatie, voorbeelden van bewegingen die oscillaties veroorzaken, hun eigenschappen en wat de verschillende soorten oscillaties zijn.
Wat is een oscillatie?
Een oscillatie is elke oscillatie van een oscillerende beweging. Met andere woorden, een oscillatie is een zich herhalende variatie in de tijd van een systeem rond een centrale positie (of evenwichtspositie).
Wanneer een lichaam dus een beweging herhaalt tussen twee posities, oscilleert het. Oscillaties zijn dus elk van de heen en weer gaande bewegingen die het mobiele lichaam maakt, dat wil zeggen de beweging van het ene uiteinde naar het andere en terug naar het oorspronkelijke uiteinde.
De beweging van een slinger is bijvoorbeeld een oscillerende beweging en daarom oscilleert hij. Zodat elke beweging die de aan de slinger opgehangen massa van het ene uiteinde naar het andere maakt om naar dit uiteinde terug te keren, een oscillatie is.
Voorbeelden van oscillaties
Zodra we de definitie van een oscillatie hebben gezien, zullen we in deze sectie verschillende voorbeelden zien van bewegingen die oscillaties maken om de betekenis ervan volledig te begrijpen.
Voorbeelden van bewegingen met trillingen:
- De trillingen van een massa hingen aan een veer.
- Schommelingen van een slinger.
- De trillingen van de snaren van een gitaar.
- Golfoscillaties gegenereerd door het gooien van een steen in een plas water.
- Oscillaties van elektromagnetische golven.
Kenmerken van een oscillerende beweging
Bewegingen die oscillaties maken, hebben de volgende kenmerken:
- Verlenging (x) : is de positie van het lichaam dat op een bepaald moment de oscillerende beweging uitvoert. Het vertegenwoordigt de scheiding van het lichaam uit zijn evenwichtige positie.
- Amplitude (A) : is de maximale uitbreiding van de oscillerende beweging. Het is dus het verschil tussen de maximale positie en de evenwichtspositie.
- Oscillatieperiode (T) : dit is de tijd die het lichaam nodig heeft om een volledige oscillatie te maken, dwz de tijd die nodig is om een volledige rondreis te maken.
- Oscillatiefrequentie (f) : is het aantal trillingen of trillingen dat het lichaam per tijdseenheid maakt.
- Hoekfrequentie of pulsatie (ω) : dit is de snelheid waarmee het lichaam trillingen uitvoert.
In de volgende afbeelding ziet u de grafische weergave van de verlenging van een oscillerende beweging als functie van de tijd.
Formule voor oscillerende beweging
Met de volgende formule kun je de verlenging van een oscillerende beweging berekenen, afhankelijk van het tijdstip. De wiskundige vergelijking die de oscillaties van een oscillerende beweging beschrijft, is dus de volgende:
Goud:
-
is de verlenging van het lichaam dat de oscillerende beweging uitvoert.
-
is de amplitude van de oscillerende beweging.
-
is de hoekfrequentie of pulsatie.
-
is het moment waarop de rek wordt berekend.
-
is de beginfase van de oscillerende beweging.
Soorten oscillaties
De soorten oscillaties zijn:
- Vrije oscillaties : het systeem oscilleert van de ene naar de andere kant en zou dat voor onbepaalde tijd blijven als er geen dissipatieve krachten zouden bestaan. Bijvoorbeeld de trillingen die worden veroorzaakt door een massa die aan een veer hangt.
- Gedempte trillingen : de trillingen van het systeem worden steeds kleiner als gevolg van wrijving of andere weerstand. Daarom neemt de amplitude van dit soort oscillaties geleidelijk af totdat een punt wordt bereikt waarop het systeem stopt met oscilleren en terugkeert naar zijn evenwichtspositie. Bijvoorbeeld de oscillerende beweging van een slinger.
- Geforceerde oscillaties : het systeem oscilleert als gevolg van de werking van een externe periodieke kracht, zodat als de kracht stopt, het systeem stopt met oscilleren. Bijvoorbeeld de oscillerende beweging die een kind op een schommel maakt doordat iemand anders hem duwt.