Movimiento armónico complejo

En física, el movimiento armónico complejo es un ámbito complicado basado en el movimiento armónico simple. La palabra "complejo" Se refiere a diferentes situaciones. A diferencia del movimiento armónico simple, que es independiente de la resistencia del aire, la fricción, etc., el movimiento armónico complejo a menudo tiene fuerzas adicionales para disipar la energía inicial y disminuir la velocidad y amplitud de una oscilación hasta que la energía del sistema se agota por completo y el sistema se detiene en su punto de equilibrio.

Tipos

Movimiento armónico amortiguado

Introducción

El movimiento armónico amortiguado es una oscilación real, en la que un objeto cuelga de un resorte. Debido a la existencia de fricción interna y resistencia del aire, con el tiempo el sistema experimentará una disminución en la amplitud. La disminución de amplitud se debe a que la energía se convierte en energía térmica.

El movimiento armónico dañado ocurre porque la primavera no es muy eficiente en almacenar y liberar energía para que la energía muera. La fuerza de amortiguación es proporcional a la velocidad del objeto y está en la dirección opuesta del movimiento para que el objeto se ralentice rápidamente. Específicamente, cuando un objeto está humedeciendo, la fuerza de amortiguación ${displaystyle F}$ estará relacionado con la velocidad ${displaystyle v}$ por un coeficiente ${displaystyle c}$:

${displaystyle F=-cv.}$

El diagrama que se muestra a la derecha indica tres tipos de movimiento armónico amortiguado.

• Critically damped: El sistema regresa al equilibrio lo más rápido posible sin oscilar.
• Debajo: El sistema oscila (a menor frecuencia en comparación con el caso sin mancha) con la amplitud disminuye gradualmente a cero.
• Overdamped: El sistema devuelve (exponencialmente decaimientos) al equilibrio sin oscilar.

Diferencia entre oscilación amortiguada y forzada

Un objeto o sistema oscila en su propia frecuencia natural sin la interferencia de una fuerza periódica externa o movimiento inicial. La oscilación amortiguada es similar a la oscilación forzada excepto que tiene una fuerza continua y repetida. Por tanto, se trata de dos movimientos que tienen resultados opuestos.

Ejemplos

1. El saltador Bungee proporciona una gran fuerza de rebotar comprimendo los muelles debajo de él. La compresión teóricamente convierte la energía cinética en energía potencial elástica. Cuando la energía potencial elástica alcanza su límite superior, puede ser ejercida sobre el objeto o niño que presiona sobre él dentro de la forma de energía cinética.
2. La banda de goma funciona igual que la primavera.

Resonancia

Introducción

La resonancia ocurre cuando la frecuencia de la fuerza externa (aplicada) es la misma que la frecuencia natural (frecuencia de resonancia) del sistema. Cuando ocurre tal situación, la fuerza externa siempre actúa en la misma dirección que el movimiento del objeto oscilante, con el resultado de que la amplitud de la oscilación aumenta indefinidamente, como se muestra en el diagrama adyacente. Alejado del valor de la frecuencia de resonancia, ya sea mayor o menor, la amplitud de la frecuencia correspondiente es menor.

En un conjunto de péndulos impulsores con diferentes longitudes de cuerdas que cuelgan objetos, el péndulo con la misma longitud de cuerda que el conductor obtiene la mayor amplitud de balanceo.

Ejemplos

• Las partes de un coche pueden vibrar si usted conduce por un camino conmovedor a una velocidad donde las vibraciones transmitidas al cuerpo están a la frecuencia resonante de esa parte (aunque la mayoría de los coches están diseñados con partes con frecuencias naturales que no son probablemente producidos por conducir).
• Las frecuencias bajas de altavoces estéreo pueden hacer una resonancia en la habitación, especialmente molesto si vives al lado y tu salón resona debido a la música de tu vecino.
• Un hombre camina a través de un campo llevando una larga tabla sobre su hombro. En cada paso el tablón flexiona un poco (a) y los extremos se mueven hacia arriba y hacia abajo. Luego comienza a trotar y como resultado rebota arriba y abajo (b). A una sola velocidad de resonancia ocurrirá entre el movimiento del hombre y el tablón y los extremos de la tabla entonces oscilan con gran amplitud.
• Al utilizar un horno de microondas para cocinar alimentos, la micro onda viaja a través de la comida, causando que las moléculas de agua vibran en la misma frecuencia, que es similar a la resonancia, para que la comida en su conjunto, se caliente rápidamente.
• Algunos de los accidentes de helicóptero son causados por la resonancia también. Los globos oculares del piloto resonan debido a la excesiva presión en el aire superior, lo que hace que el piloto no pueda ver las líneas de energía superior. Como resultado, el helicóptero está fuera de control.
• Resonancia de dos tenedores de melodía idénticos.
• Los hornos Mircrowave usan resonancia para vibrar moléculas polares que colliden y manifiestan su transferencia de energía como calor.

Ver vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=aCocQa2Bcuc

Doble péndulo

Introducción

Un péndulo doble es un péndulo simple que cuelga debajo de otro; el epítome del sistema de péndulo compuesto. Muestra un comportamiento dinámico abundante. El movimiento de un péndulo doble parece caótico. Apenas podemos ver una rutina regulada que esté siguiendo, lo que lo complica. Las diferentes longitudes y masas de los dos brazos pueden dificultar la identificación de los centros de las dos varillas. Además, un péndulo doble puede ejercer movimiento sin la restricción de un plano bidimensional (generalmente vertical). En otras palabras, el péndulo complejo puede moverse a cualquier lugar dentro de la esfera, que tiene el radio de la longitud total de los dos péndulos. Sin embargo, para un ángulo pequeño, el péndulo doble puede actuar de manera similar al péndulo simple porque el movimiento también está determinado por las funciones seno y coseno.

Ejemplos

La imagen muestra un reloj marino con muelles de motor y doble pala pendular.