Oscilación y Movimiento Periódico en Física

La oscilación se repite en un ciclo regular.

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La oscilación se refiere al movimiento repetido hacia adelante y hacia atrás de algo entre dos posiciones o estados. Una oscilación puede ser un movimiento periódico que se repite en un ciclo regular, como un onda sinusoidal —una onda con movimiento perpetuo como en la oscilación de lado a lado de un péndulo, o el movimiento de arriba a abajo de un resorte con un peso. Un movimiento oscilatorio ocurre alrededor de un punto de equilibrio o valor medio. También se conoce como movimiento periódico.

Una sola oscilación es un movimiento completo, ya sea hacia arriba y hacia abajo o de lado a lado, durante un período de tiempo.

Osciladores

Un oscilador es un dispositivo que exhibe movimiento alrededor de un punto de equilibrio. En un reloj de péndulo, hay un cambio de energía potencial a energía cinética con cada columpio. En la parte superior de la oscilación, la energía potencial está al máximo y esa energía se convierte en energía cinética a medida que cae y es impulsada de regreso al otro lado. Ahora, de nuevo en la parte superior, la energía cinética se ha reducido a cero y la energía potencial vuelve a ser alta, lo que impulsa la oscilación de retorno. La frecuencia del swing se traduce a través de engranajes para marcar el tiempo. Un péndulo perderá energía con el tiempo debido a la fricción si el reloj no se corrige con un resorte. Los relojes modernos utilizan las vibraciones del cuarzo y los osciladores electrónicos, en lugar del movimiento de los péndulos.

Movimiento Oscilante

Un movimiento oscilante en un sistema mecánico se balancea de lado a lado. Se puede traducir a un movimiento giratorio (dar la vuelta en un círculo) mediante una clavija y una ranura. El movimiento giratorio se puede cambiar a movimiento oscilante por el mismo método.

Sistemas Oscilantes

Un sistema oscilante es un objeto que se mueve hacia adelante y hacia atrás, volviendo repetidamente a su estado inicial después de un período de tiempo. En el punto de equilibrio, ninguna fuerza neta actúa sobre el objeto. Este es el punto en el que oscila el péndulo cuando está en posición vertical. Una fuerza constante o una fuerza restauradora actúa sobre el objeto para producir el movimiento oscilatorio.

Variables de oscilación

Amplitudes el desplazamiento máximo desde el punto de equilibrio. Si un péndulo oscila un centímetro desde el punto de equilibrio antes de emprender su viaje de regreso, la amplitud de oscilación es de un centímetro. Períodoes el tiempo que tarda el objeto en realizar un viaje completo de ida y vuelta, volviendo a su posición inicial. Si un péndulo parte de la derecha y tarda un segundo en recorrer todo el camino a la izquierda y otro segundo en volver a la derecha, su período es de dos segundos. El período generalmente se mide en segundos. Frecuenciaes el número de ciclos por unidad de tiempo. Frecuencia es igual a uno dividido por el periodo. La frecuencia se mide en Hertz, o ciclos por segundo.

Movimiento armónico simple

El movimiento de un sistema oscilante armónico simple, cuando la fuerza restauradora es directamente proporcional a la del desplazamiento y actúa en la dirección opuesta a la del desplazamiento, se puede describir mediante funciones de seno y coseno. Un ejemplo es un peso unido a un resorte. Cuando el peso está en reposo, está en equilibrio. Si se tira hacia abajo el peso, hay una fuerza de restauración neta sobre la masa (energía potencial). Cuando se libera, gana impulso (energía cinética) y continúa moviéndose más allá del punto de equilibrio, ganando energía potencial (fuerza de restauración) que lo impulsará a oscilar hacia abajo nuevamente.

Fuentes y lecturas adicionales

• Fitzpatrick, Ricardo. 'Oscilaciones y ondas: una introducción', 2ª ed. Boca Ratón: CRC Press, 2019.
• Mittal, P. K. 'Oscilaciones, Ondas y Acústica.' Nueva Delhi, India: I.K. Editorial Internacional, 2010.