Introducción al movimiento armónico simple
El movimiento armónico simple es un tipo de movimiento que se repite alrededor de un punto de equilibrio y a intervalos regulares de tiempo.Se produce debido a la aparición de fuerzas recuperadoras que hacen que el sistema oscile, es decir que se mueva de un lado al otro pasando por el punto de equilibrio. El ejemplo más usual de este movimiento es el oscilador armónico.
Oscilador armónico
El oscilador armónico es un dispositivo formado por un resorte y una masa. En equilibrio, no actúan fuerzas elásticas y el sistema no se mueve.
Al retirar el sistema de la posición de equilibrio (estirando o comprimiendo el resorte una distancia Δx desde la posición de equilibrio) aparece una fuerza elástica (F = - k ·Δx) cuyo valor es directamente proporcional al desplazamiento y de sentido opuesto a este, es decir que intenta llevar el sistema a la posición inicial.
El estiramiento le aporta energía mecánica al sistema, en forma de energía potencial elástica.
Si en este punto se deja en libertad al sistema, la fuerza elástica hará que la masa comience a acelerar (a = F/m) y a moverse hacia el punto de equilibrio.
La aceleración comenzará a disminuir inmediatamente después de soltarlo debido a que a medida que se acerca al punto de equilibrio el desplazamiento es menor, entonces la fuerza elástica también es menor y por la segunda ley de Newton la aceleración es proporcional a la fuerza.
Sin embargo la velocidad continuará aumentando mientras la aceleración sea mayor que cero.
Al pasar nuevamente por el punto de equilibrio, la fuerza elástica (y por lo tanto la aceleración) se hacen cero mientras que la velocidad es máxima.
A partir de este punto aparece una fuerza elástica cada vez mayor (y por lo tanto también una aceleración) que comenzará a hacer disminuir la velocidad del cuerpo mientras el resorte se comprime. Pero debido a la velocidad, el sistema posee energía cinética y continuará moviéndose mientras la energía cinética se convierte nuevamente en energía potencial elástica.
Al llegar al otro extremo de su desplazamiento, nuevamente la fuerza elástica y la aceleración son máximas mientras que la velocidad es cero.
A partir de este punto el cuerpo se detendrá y comenzará a moverse en sentido contrario, acelerando hasta llegar al punto de equilibrio y a partir del punto de equilibrio disminuyendo la velocidad hasta alcanzar el otro extremo.
La fuerza elástica es una fuerza conservativa y no disipa energía mecánica. Por lo tanto, mientras no existan otras fuerzas que disipen energía mecánica el sistema continuará moviéndose de un extremo al otro.
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