¿Qué es el movimiento armónico?

El movimiento armónico es el concepto de un sistema oscilante o repetitivo, como un péndulo, un resorte o la órbita de un planeta alrededor del sol. Los sistemas que están en movimiento armónico conservan energía e impulso mientras la energía interna permanezca igual. En un sistema real, es decir, no ideal, la pérdida de energía se produce debido a la fricción, incluso en cantidades infinitesimales debido a la colisión con las moléculas. Deben existir dos cualidades principales para que un sistema experimente movimiento oscilatorio: elasticidad e inercia; Debido a la primera ley de Newton, todos los objetos tienen inercia. Por lo tanto, debe existir una fuente de elasticidad, como un resorte.

Un sistema armónico simple incluye uno o más objetos oscilantes que se fijan a un resorte u otra fuente elástica, como un peso unido a un resorte. El movimiento del objeto altera la velocidad en un patrón sinusoidal. La fuerza elástica que proporciona el impulso del objeto aumenta con la distancia desde el centro de movimiento; cuanto más lejos está el objeto, más fuerza elástica se ejerce. Cuando el objeto llega al final de su movimiento, la fuerza hace que se mueva hacia atrás a una velocidad creciente al otro extremo de la trayectoria oscilante donde se repite el ciclo. El movimiento armónico simple se utiliza para ilustrar el concepto, pero no tiene en cuenta la fricción.

El movimiento amortiguado, en comparación, incluye la fricción u otras fuerzas externas que ralentizarán el sistema y eventualmente harán que alcance el equilibrio, o que no haya movimiento. Mientras más fricción haya en un sistema, más rápido un objeto oscilante alcanzará el equilibrio. El sobreamortiguamiento permite solo unos pocos ciclos de oscilación antes del equilibrio; la amortiguación crítica crea un retorno rápido al equilibrio, como un amortiguador en un automóvil; y la baja amortiguación hace que la oscilación disminuya con el tiempo. Un medio más viscoso como el agua crea más fricción.

El movimiento armónico tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana. Cualquier tipo de sistema oscilante, ya sea el péndulo de un reloj, un resorte del sistema de suspensión de un automóvil o el giro del volante de un motor, se somete a una forma de oscilación amortiguada. Por ejemplo, conocer la fuerza de fricción que causa la amortiguación permite calcular la fuerza impulsora necesaria para mantener una velocidad de oscilación constante en un sistema armónico. También hay aplicaciones musicales; Conocer la longitud de una cuerda de guitarra, por ejemplo, proporciona un método para calcular la velocidad de oscilación cuando se le da una fuerza impulsora y, por lo tanto, la frecuencia de la nota tocada.