Fundamentos de la Oscilación y el Movimiento Armónico Simple

Conceptos Fundamentales de la Oscilación

• ¿Qué es la oscilación?

  La oscilación es el movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central o posición de equilibrio. El recorrido que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central, se denomina ciclo. El número de ciclos por segundo, o hercios (Hz), se conoce como frecuencia de la oscilación.

• ¿Qué es el periodo?

  El periodo de una oscilación u onda (T) es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la onda. El concepto aparece tanto en matemáticas como en física y otras áreas de conocimiento. Su fórmula se expresa como: T = 1 / Frecuencia = 2π / frecuencia angular.

• ¿Qué es la frecuencia?

  La frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Para calcular la frecuencia, se contabiliza un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal; luego, estas repeticiones se dividen por el tiempo ocurrido.

• ¿Qué es el movimiento oscilatorio?

  Es un movimiento en torno a un punto de equilibrio estable. Los puntos de equilibrio mecánico son, en general, aquellos en los cuales la fuerza neta que actúa sobre la partícula es cero. Si el equilibrio es estable, un desplazamiento de la partícula con respecto a la posición de equilibrio (elongación) da lugar a la aparición de una fuerza restauradora que devolverá la partícula hacia el punto de equilibrio. Ejemplo:

  

• Movimiento Armónico Simple (M.A.S.)

  Es un movimiento periódico que queda descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). Si la descripción de un movimiento requiriese más de una función armónica, en general sería un movimiento armónico, pero no un M.A.S. En el caso de que la trayectoria sea rectilínea, la partícula que realiza un M.A.S. oscila alejándose y acercándose de un punto situado en el centro de su trayectoria, de tal manera que su posición en función del tiempo con respecto a ese punto es una sinusoide. En este movimiento, la fuerza que actúa sobre la partícula es proporcional a su desplazamiento respecto a dicho punto y dirigida hacia este.

• Periodo de un Movimiento Armónico Simple

  El periodo de un péndulo es independiente de su amplitud. Esto significa que si se tienen dos péndulos iguales (longitud y masa), pero uno de ellos tiene una amplitud de recorrido mayor que el otro, en ambas condiciones la medida del periodo de estos péndulos es el mismo. También puede ser directamente proporcional a la raíz cuadrada de su longitud. Esto significa que el periodo de un péndulo puede aumentar o disminuir de acuerdo a la raíz cuadrada de la longitud de ese péndulo.

• Oscilación Forzada

  Llamamos oscilaciones forzadas a las producidas en un sistema oscilante debido a la energía suministrada desde el exterior. Estas fuerzas pueden ser de la forma F_ext = F_max cos(ω't). El papel de esta fuerza es aportar, mediante su trabajo, la energía que disipa el sistema. En general, la frecuencia angular (ω') de esta fuerza es distinta de la frecuencia del sistema: ω = √(k/m). Cuando estas frecuencias coinciden, el sistema comienza a oscilar y la amplitud aumenta drásticamente. Esto se conoce como resonancia.

• Oscilación Amortiguada

  En un sistema ideal, la energía total es constante y el sistema puesto en movimiento sigue oscilando sin disminución de la amplitud. Pero los efectos disipativos siempre están presentes; la amplitud disminuye (amortiguación) a menos que se reponga la energía mecánica disipada, y el movimiento se llama oscilación amortiguada.