Гармонический осциллятор: виды и применение

Технологический прогресс осуществляется благодаря изучению физических явлений

Устройство и его виды

Гармонический осциллятор – это механическая система, находящаяся в движении, которое описывается уравнением линейного дифференциала с коэффициентами постоянного значения. Наиболее простые примеры таких устройств - груз на пружине, маятник, системы акустики, движение молекулярных частиц и др.

Условно можно выделить следующие виды этого устройства:

• Простой гармонический осциллятор – здесь система при выведении из положения покоя находится под действием силы F, которую можно выразить формулой F=-kx, где k – коэффициент жесткости данной системы, x – смещение. При этом F является единственной составляющей, влияющей на колебания.
• Линейный гармонический осциллятор – здесь движение происходит в одной плоскости по прямой траектории. Также эту систему называют одномерной, колебания совершаются под действием силы квазиупругой природы.
• Затухающая модель – здесь на систему также влияет сила трения, которая направлена против движения и действует пропорционально скорости этого колебания. При этом процесс затухания обычно характеризуется параметром, не имеющим размерности и называемым добротностью. Эта величина является свойством системы, определяющим отношение запаса энергии к ее потерям за один период колебания.

Применение устройства

Данное приспособление применяется в различных сферах, в основном для изучения природы колебательных систем. Квантовый гармонический осциллятор применяют при исследовании поведения элементов фотонов. Результаты экспериментов могут использоваться в различных сферах. Так, ученые-физики из американского института обнаружили, что атомы бериллия, находящиеся на довольно больших расстояниях друг от друга, могут взаимодействовать на квантовом уровне. При этом поведение этих частиц подобно телам (металлическим шарам) в макромире, двигающимся в поступательно-возвратном порядке, аналогично гармоничному осциллятору. Ионы бериллия, несмотря на физически большие расстояния, обменивались наименьшими единицами энергии (квантами). Это открытие позволяет значительно продвинуть IT-технологии, а также дает новое решение в производстве компьютерной техники и электроники.

Гармонический осциллятор используют при оценке музыкальных произведений. Этот метод называют спектроскопическим исследованием. При этом установлено, что наиболее устойчивой системой является состав из четырех музыкантов (квартет). А современные произведения в большинстве своем являются ангармоничными.