Oscilación
La oscilación es la variación repetitiva, típicamente en el tiempo , de alguna medida sobre un valor central (a menudo un punto de equilibrio ) o entre dos o más estados diferentes. El término vibración se utiliza precisamente para describir la oscilación mecánica. Los ejemplos familiares de oscilación incluyen un péndulo oscilante y corriente alterna .
Las oscilaciones ocurren no solo en los sistemas mecánicos sino también en los sistemas dinámicos en prácticamente todas las áreas de la ciencia: por ejemplo, el latido del corazón humano (para la circulación), los ciclos económicos en la economía , los ciclos de población depredador-presa en la ecología , los géiseres geotérmicos en la geología , la vibración de las cuerdas de la guitarra y otros instrumentos de cuerda , la activación periódica de las células nerviosas del cerebro y la inflamación periódica de las estrellas variables cefeidas en astronomía .
El sistema oscilante mecánico más simple es un peso unido a un resorte lineal sujeto solo a peso y tensión . Dicho sistema puede aproximarse a una mesa de aire o una superficie de hielo. El sistema está en un estado de equilibrio cuando el resorte está estático. Si el sistema se desplaza del equilibrio, existe una fuerza neta de restauración sobre la masa, que tiende a devolverla al equilibrio. Sin embargo, al mover la masa de regreso a la posición de equilibrio, ha adquirido un impulso que la mantiene moviéndose más allá de esa posición, estableciendo una nueva fuerza restauradora en el sentido opuesto. Si una fuerza constante como la gravedadse agrega al sistema, el punto de equilibrio se desplaza. El tiempo que tarda en producirse una oscilación a menudo se denomina período oscilatorio .
Los sistemas en los que la fuerza de restauración sobre un cuerpo es directamente proporcional a su desplazamiento, como la dinámica del sistema resorte-masa, se describen matemáticamente mediante el oscilador armónico simple y el movimiento periódico regular se conoce como movimiento armónico simple . En el sistema resorte-masa, las oscilaciones ocurren porque, en el desplazamiento de equilibrio estático , la masa tiene energía cinética que se convierte en energía potencial .almacenado en la primavera en los extremos de su camino. El sistema resorte-masa ilustra algunas características comunes de la oscilación, a saber, la existencia de un equilibrio y la presencia de una fuerza restauradora que se vuelve más fuerte cuanto más se desvía el sistema del equilibrio.
Todos los sistemas de oscilador del mundo real son termodinámicamente irreversibles . Esto significa que hay procesos disipativos como la fricción o la resistencia eléctrica que continuamente convierten parte de la energía almacenada en el oscilador en calor en el ambiente. A esto se le llama amortiguación. Por tanto, las oscilaciones tienden a decaer con el tiempo a menos que haya alguna fuente neta de energía en el sistema. La descripción más simple de este proceso de caída puede ilustrarse mediante la caída de la oscilación del oscilador armónico.
Además, un sistema oscilante puede estar sujeto a alguna fuerza externa, como cuando un circuito de CA está conectado a una fuente de alimentación externa. En este caso, se dice que la oscilación está activada .
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