Oscillazione e moto periodico in fisica

L'oscillazione si riferisce al ripetuto movimento avanti e indietro di qualcosa tra due posizioni o stati. Un'oscillazione può essere un movimento periodico che si ripete in un ciclo regolare, come un'onda sinusoidale - un'onda con moto perpetuo come nell'oscillazione da un lato all'altro di un pendolo o il movimento su e giù di una molla con un peso. Un movimento oscillante si verifica attorno a un punto di equilibrio o valore medio. È anche noto come movimento periodico.

Una singola oscillazione è un movimento completo, su e giù o da un lato all'altro, per un periodo di tempo.

Oscillatori

Un oscillatore è un dispositivo che mostra movimento attorno a un punto di equilibrio. In un orologio a pendolo, vi è un passaggio dall'energia potenziale all'energia cinetica ad ogni oscillazione. Nella parte superiore dell'oscillazione, l'energia potenziale è al massimo e quell'energia viene convertita in energia cinetica mentre cade e viene ricacciata dall'altra parte. Ora di nuovo in cima, l'energia cinetica è scesa a zero e l'energia potenziale è di nuovo alta, alimentando l'oscillazione di ritorno. La frequenza dell'oscillazione viene tradotta tramite ingranaggi per segnare il tempo. Un pendolo perderà energia nel tempo per attrito se l'orologio non viene corretto da una molla. Gli orologi moderni usano le vibrazioni del quarzo e degli oscillatori elettronici, piuttosto che il movimento dei pendoli.

Moto oscillante

Un movimento oscillante in un sistema meccanico oscilla da un lato all'altro. Può essere tradotto in un movimento rotatorio (girandosi in un cerchio) da un perno e uno slot. Il movimento rotatorio può essere cambiato in movimento oscillante con lo stesso metodo.

Sistemi oscillanti

Un sistema oscillante è un oggetto che si muove avanti e indietro, ritornando ripetutamente al suo stato iniziale dopo un periodo di tempo. Nel punto di equilibrio, nessuna forza netta agisce sull'oggetto. Questo è il punto dell'oscillazione del pendolo quando è in posizione verticale. Una forza costante o una forza di ripristino agisce sull'oggetto per produrre il movimento oscillante.

Variabili di oscillazione

• Ampiezza è lo spostamento massimo dal punto di equilibrio. Se un pendolo oscilla di un centimetro dal punto di equilibrio prima di iniziare il suo viaggio di ritorno, l'ampiezza dell'oscillazione è di un centimetro.
• Periodo è il tempo impiegato dall'intero giro completo per l'oggetto, tornando alla sua posizione iniziale. Se un pendolo inizia a destra e impiega un secondo per spostarsi completamente a sinistra e un altro secondo per tornare a destra, il suo periodo è di due secondi. Il periodo è solitamente misurato in secondi.
• Frequenza è il numero di cicli per unità di tempo. La frequenza è uguale a una divisa per il periodo. La frequenza è misurata in Hertz, o cicli al secondo.

Moto armonico semplice

Il moto di un semplice sistema oscillante armonico, quando la forza di ripristino è direttamente proporzionale a quella dello spostamento e agisce nella direzione opposta a quella dello spostamento, può essere descritto usando le funzioni seno e coseno. Un esempio è un peso attaccato a una molla. Quando il peso è a riposo, è in equilibrio. Se il peso viene ridotto, c'è una forza netta di ripristino sulla massa (energia potenziale). Quando viene rilasciato, acquisisce slancio (energia cinetica) e continua a muoversi oltre il punto di equilibrio, acquisendo energia potenziale (forza di ripristino) che la spingerà a oscillare di nuovo verso il basso.

Fonti e ulteriori letture

• Fitzpatrick, Richard. "Oscillazioni e onde: un'introduzione", 2a edizione. Boca Raton: CRC Press, 2019. 
• Mittal, P.K. "Oscillazioni, onde e acustica." Nuova Delhi, India: I.K. Casa editrice internazionale, 2010.