Průvodce kapitolou Kmitavý pohyb z předmětu Fyzika

1. KMITAVÝ POHYB

1.1 Úvod
• Obecnou vlastností všech hmotných objektů je jejich pohyb, a to nejen ve smyslu mechanickém, tj. prosté přemísťování v prostoru, nýbrž v nejširším slova smyslu, neboli pohyb jako změna stavu hmotných objektů. Nejčastější formou obecného pohybu takových hmotných objektů,
které se nacházejí ve stavech blízkých stavům rovnovážným, je pohyb kmitavý. Protože stavy hmotných objektů vyjadřujeme fyzikálními veličinami, vyznačují se kmitavé pohyby opakujícími se časovými změnami hodnot alespoň jedné, častěji však více fyzikálních veličin. Hmotné objekty, ve kterých kmitavé procesy (změny) vznikají, se nazývají oscilátory.

• Fyzikální podstata kmitavých procesů může být v jednotlivých případech různá, ale bez ohledu na fyzikální podstatu jsou základní zákony kmitů ve všech případech stejné.

• Je-li časový průběh změny stavu hmotného objektu pravidelný, tzn., že se změna stavu opakuje po stále stejně dlouhém časovém intervalu, který se značí symbolem T a nazývá se perioda, pak je taková změna periodická a lze mluvit o periodickém kmitavém pohybu.

• Kromě kmitů (změn) periodických se vyskytují i kmity (změny) neperiodické. Mezi těmito dvěmi skupinami kmitů (změn) se nacházejí a mají zvláštní význam kmity (změny) téměř periodické (zde se nabízí srovnání s dělením látek na elektrické vodiče, nevodiče a polovodiče).
Periodicky kmitají např. kyvadla, neperiodicky kmitají větve stromů ve větru nebo traktor jedoucí po polní cestě, srdeční sval se stahuje a opět uvolňuje téměř periodicky.

1.2 Lineární harmonický oscilátor
• V různých oblastech fyziky i techniky se setkáváme se systémy, které mají řadu společných rysů. Tak např. u jedné skupiny podobných systémů zjišťujeme, že u nich existuje velmi výrazný a významný rys - rovnovážný stav. Jsou-li tyto systémy ze svého rovnovážného stavu, ze stavu klidu, mírně vychýleny (změněn stav), vznikají v nich síly, které směřují vždy do rovnovážného stavu, jejichž velikost F je přímo úměrná velikosti výchylky u. Směr každé takové síly má tedy opačnou orientaci než výchylka u z rovnovážného stavu, a proto platí: