Existen fenómenos en la naturaleza que se repiten con las mismas características en lapsos de tiempos iguales. Por ejemplo, el día o la noche, las olas que se acercan y se alejan de la playa o las estaciones. De manera similar, algunos objetos describen movimientos que se repiten, como el péndulo de un reloj o un disco compacto girando, que cada cierto tiempo ocupan las mismas posiciones. Todos estos movimientos se pueden denominar como periódicos. El M A S es también un tipo de movimiento periódico.
Los objetos se mueven y se agitan constantemente.
Una vibración es un meneo en el tiempo. Una vibración no puede existir en un instante determinado; se requiere tiempo para ir de un lugar a otro.
Una onda es un meneo en el espacio y en el tiempo: Una onda no puede existir en un solo lugar, se extiende de un lugar a otro.
La fuente de toda onda es un objeto que vibra.
Un período es el tiempo que emplea un cuerpo en regresar al lugar de donde partió, después de pasar por todas las posibles posiciones de la trayectoria.
El movimiento periódico es aquel en el cual un cuerpo se mueve de un lado a otro, sobre una trayectoria fija, regresando a cada posición y velocidad después de un intervalo de tiempo definido. Es decir la posición y velocidad se repiten como función del tiempo.
Un caso particular del movimiento periódico es el movimiento oscilatorio que ocurre cuando un cuerpo ocupa sucesivamente posiciones simétricas con respecto a una posición determinada que recibe el nombre de posición de equilibrio.
Plantee dos ejemplos de movimiento oscilatorio.
Una oscilación se completa cuando a partir de determinada posición el objeto regresa a ella, después ocupar de todas las posibles posiciones de la trayectoria. Debe tenerse en cuenta que no necesariamente, las oscilaciones empiezan en uno de los extremos de la trayectoria.
El período se define entonces como el tiempo que emplea un objeto en hacer una oscilación Se mide en segundos y se representa por la letra T.
La frecuencia es el número de oscilaciones que efectúa el objeto en cada unidad de tiempo. En otras palabras nos dice qué tan a menudo se produce una vibración u oscilación.
Se expresa en oscilaciones sobre segundos (osc /s) que usualmente se representa por s-1
La unidad de frecuencia se llama HERTZ (Hz), en honor a Heinrich Hertz quien demostró la existencia de las ondas de radio.
Un viaje completo de ida y vuelta es un ciclo .Si el ciclo se describe en un segundo, la frecuencia es una vibración o un ciclo por segundo.
Al igual que el M C U, para el mov. oscilatorio la frecuencia y el período se relacionan mediante la formula:
De donde se observa que la frecuencia es inversamente proporcional al período.
La elongación es la posición del objeto en cualquier punto con respecto a la posición de equilibrio.
La amplitud es la máxima distancia que el cuerpo alcanza con respecto a la posición de equilibrio. Es decir es la longitud de la máxima elongación.
MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE
Para que un objeto describa un movimiento oscilatorio , se requiere que actúe sobre él una fuerza de tal manera que, cuando el objeto se dirige del punto O hacia el punto Q disminuya su rapidez, lo cual implica que la fuerza esté dirigida hacia el punto O. Si el objeto se mueve del punto Q al punto O, la rapidez se incrementa lo cual requiere que la fuerza esté dirigida hacia el punto O. (ver figura 1)
Cuando el objeto se mueve desde el punto O hacia el punto P, la rapidez disminuye, lo cual implica que la fuerza esté dirigida hacia el punto O, y cuando el objeto se mueve del punto P hacia el punto O, la rapidez aumenta lo cual requiere que la fuerza esté dirigida hacia el punto O.
En ambos casos la fuerza está dirigida hacia la posición de equilibrio (O), por lo cual se le llama FUERZA DE RESTITUCION. (Ver figura 2)
Un tipo especial de movimiento oscilatorio es el llamado MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE (M A S) en el cual se desprecia la fricción y el valor de la fuerza de restitución es directamente proporcional a la elongación. A todo cuerpo que describe un MAS se le llama un oscilador armónico.
Como se nota en las figuras los vectores fuerza y elongación se orientan en direcciones contrarias podemos relacionar fuerza y elongación mediante la expresión:
F= - k.x para F paralela a x.
Así cuanto mayor es el estiramiento o la comprensión x, mayor es el valor de la fuerza. Cuando el objeto se encuentra en la posición de equilibrio, la fuerza aplicada es igual a cero.
Un ejemplo de MAS es el que describe un objeto que oscila atado a un resorte (cuando no hay fricción) puesto que la fuerza de restitución ejercida por el resorte es directamente proporcional al estiramiento o comprensión. De acuerdo con la ley de HOOKE F= - k.x donde k representa la constante elástica del resorte y se expresa en N/m.
