Fyzikální zákony popisují různé jevy, které se vyskytují v našem světě. Jedním z takových jevů je oscilační pohyb. V tomto článku se podíváme na jednu z jeho odrůd-harmonické vibrace. Základem harmonické oscilace je průchod těla rovnovážnou polohou.
Harmonická oscilace je pohyb podle zákona sinusové funkce. Těleso, které je v určité vzdálenosti od rovnovážné polohy, kmitá kolem tohoto bodu. Při každém průchodu rovnovážnou polohou tělo změní směr pohybu a začne se pohybovat na opačnou stranu. S ohledem na tuto skutečnost vypočítáme, kolikrát náklad projde rovnovážnou polohou za 1 minutu.
K určení počtu průchodů rovnovážnou polohou za 1 minutu potřebujeme znát období oscilace příslušného systému. Doba oscilace je doba, za kterou systém provede jednu úplnou oscilaci. Pro harmonické oscilace platí vzorec:
T = 2π√(m/k),
kde T je doba oscilace, m je hmotnost nákladu, k je koeficient tuhosti pružiny (nebo jiného systému).
Je známo, že jedna minuta obsahuje 60 sekund. K určení počtu průchodů nákladu přes rovnovážnou polohu za 1 minutu stačí rozdělit 1 minutu na období oscilace. Odpovědí na problém tedy bude počet průchodů přes rovnovážnou polohu za 1 minutu.
Krok 1: Co je rovnovážná Poloha?
Když je náklad v rovnovážné poloze, nemá zrychlení a zůstává na místě, aniž by změnil svou polohu. Působením vnějších sil nebo změnou podmínek se však náklad může pohybovat a měnit svou rovnovážnou polohu.
Aby náklad prošel rovnovážnou polohou, musí projít úplným cyklem pohybu, který zahrnuje jednosměrný pohyb a návrat do výchozí polohy. Pokud se náklad pohybuje neustále jedním směrem, aniž by se vrátil, neprochází rovnovážnou polohou.
Během 1 minuty může náklad několikrát projít rovnovážnou polohou, v závislosti na pohybových podmínkách a silách, které na něj působí. Počet průchodů rovnovážnou polohou závisí na rychlosti pohybu a době oscilace.
Krok 2: Jak často náklad prochází rovnovážnou polohou?
K určení počtu časů, kdy náklad prochází rovnovážnou polohou za jednu minutu, je třeba vzít v úvahu pohyb nákladu a jeho období kolísání.
Doba kolísání je doba, za kterou náklad provede jednu úplnou oscilaci. Závisí na hmotnosti nákladu, síle pružiny a dalších faktorech.
Chcete-li zjistit, kolikrát náklad prochází rovnovážnou polohou za jednu minutu, musíte znát dobu oscilace a délku minuty. Můžete použít následující vzorec:
Počet oscilací za minutu = (60 sekund / doba oscilace ) * počet oscilací za období
Pokud je například doba oscilace nákladu 2 sekundy a počet oscilací za období je 4, pak počet oscilací za minutu bude:
(60 sekund / 2 sekundy) * 4 oscilace = 120 kmitů za minutu.
Náklad tak projde rovnovážnou polohou 120krát za jednu minutu.