Oscillation et mouvement périodique en physique

L'oscillation fait référence au mouvement répété d'avant en arrière de quelque chose entre deux positions ou états. Une oscillation peut être un mouvement périodique qui se répète dans un cycle régulier, comme une onde sinusoïdale - une onde avec un mouvement perpétuel comme dans l'oscillation latérale d'un pendule, ou le mouvement de haut en bas d'un ressort avec un poids. Un mouvement oscillant se produit autour d'un point d'équilibre ou d'une valeur moyenne. Il est également connu sous le nom de mouvement périodique.

Une seule oscillation est un mouvement complet, de haut en bas ou d'un côté à l'autre, sur une période de temps.

Oscillateurs

Un oscillateur est un appareil qui présente un mouvement autour d'un point d'équilibre. Dans une horloge à pendule, il y a un changement de l'énergie potentielle à l'énergie cinétique à chaque swing. Au sommet de l'oscillation, l'énergie potentielle est au maximum, et cette énergie est convertie en énergie cinétique au fur et à mesure qu'elle chute et est refoulée de l'autre côté. Maintenant encore au sommet, l'énergie cinétique est tombée à zéro et l'énergie potentielle est à nouveau élevée, alimentant le swing de retour. La fréquence du swing est traduite via des engrenages pour marquer le temps. Un pendule perdra de l'énergie au fil du temps en raison de la friction si l'horloge n'est pas corrigée par un ressort. Les montres modernes utilisent les vibrations du quartz et des oscillateurs électroniques, plutôt que le mouvement des pendules.

Mouvement oscillant

Un mouvement oscillant dans un système mécanique oscille d'un côté à l'autre. Il peut être traduit en un mouvement rotatif (tournant autour d'un cercle) par une cheville et une fente. Le mouvement rotatif peut être changé en mouvement oscillant par la même méthode.

Systèmes oscillants

Un système oscillant est un objet qui se déplace d'avant en arrière, revenant à plusieurs reprises à son état initial après un certain temps. Au point d'équilibre, aucune force nette n'agit sur l'objet. C'est le point de l'oscillation du pendule lorsqu'il est en position verticale. Une force constante ou une force de restauration agit sur l'objet pour produire le mouvement oscillant.

Variables d'oscillation

• Amplitude est le déplacement maximal par rapport au point d'équilibre. Si un pendule oscille d'un centimètre du point d'équilibre avant de commencer son voyage de retour, l'amplitude d'oscillation est d'un centimètre.
• Période est le temps qu'il faut pour un aller-retour complet de l'objet, revenant à sa position initiale. Si un pendule démarre à droite et prend une seconde pour se déplacer complètement à gauche et une autre seconde pour revenir à droite, sa période est de deux secondes. La période est généralement mesurée en secondes.
• La fréquence est le nombre de cycles par unité de temps. La fréquence est égale à une divisée par la période. La fréquence est mesurée en Hertz, ou cycles par seconde.

Mouvement harmonique simple

Le mouvement d'un système oscillant harmonique simple - lorsque la force de rappel est directement proportionnelle à celle du déplacement et agit dans la direction opposée à celle du déplacement - peut être décrit à l'aide des fonctions sinus et cosinus. Un exemple est un poids attaché à un ressort. Lorsque le poids est au repos, il est en équilibre. Si le poids est abaissé, il y a une force de restauration nette sur la masse (énergie potentielle). Quand il est libéré, il prend de l'élan (énergie cinétique) et continue de se déplacer au-delà du point d'équilibre, gagnant de l'énergie potentielle (force de restauration) qui le poussera à osciller à nouveau vers le bas.

Sources et lectures complémentaires

• Fitzpatrick, Richard. «Oscillations and Waves: An Introduction», 2e éd. Boca Raton: CRC Press, 2019. 
• Mittal, P.K. "Oscillations, ondes et acoustique." New Delhi, Inde: I.K. Maison d'édition internationale, 2010.