Armonik hareket
Armonik hareket, Düzenli aralıklarla tıpatıp tekrarlanan harekete, periyodik (dönemsel) hareket denir; periyodik hareketin en basit türü, armonik (uyumlu, sinüsoidal) harekettir. Armonik hareket, çok sık gözlendiği, tanımlanması ve çözümlenmesi basit olduğu için önemli olmasının yanı sıra, aynı zamanda da herhangi bir armonik hareket, ne kadar karmaşık olursa olsun, bir dizi armonik hareketin toplamı olarak dile getirilebildiği için de önemlidir.
Armonik hareketin oluşabilmesi için bulunması gereken iki genel fiziksel nicelikten biri, bir sistemin o anda yapmakta olduğu şeyi yapmayı sürdürme eğilimi olan eylemsizlik (süredurum, atalet), öbürüyse, sistemi denge durumuna ya da doğal dinlenme durumuna döndürmeye çalışan geriçağırım gücüdür. Geriçağırım gücünün büyüklüğü, dengeden uzaklaşma (yer değiştirme) miktarıyla doğru orantılıdır; yani sistem dengeden ne kadar uzaklaşmışsa, geriçağırım gücü de o kadar büyük olur. "Esneklik gücü" diye adlandırılan bu tür geriçağırım gücü, ilk olarak XVII. yy'da Robert Hooke tarafından tanımlanmıştır. Esnek geriçağırım gücü ile dengeden uzaklaşma arasındaki orantıya, "Hooke yasası" adı verilir.
Armonik hareketin basit bir örneği, bir yayın ucuna bağlanmış cismin yaptığı harekettir. Yay, cismin hareketiyle uzadığı ya da kısaldığı zaman, esnek geriçağırım gücü uygular; bu da cismin salınmasına neden olur. Cismin kendisiyse eylemsizlik özelliği sergiler; güçler olmasaydı, cisim, tekbiçimli hareket durumunda kalırdı. Dolayısıyla, cismin sonuçtaki hareketi, basit armonik harekettir.
Bir elektrik devresinde, bir indükleç (indüktör) ve bir kondansatörden oluşan bileşim, akımın ve voltajın armonik salınımı için gerekli öğeleri sağlar. İndükleç, akım değişikliklerine direnç göstererek eylemsizlik oluşturur; kondansatörse, taşımakta olduğu yük miktarıyla doğru orantılı olarak, yüklenmeyi daha zorlaştırarak geriçağırım gücü yaratır. Modern elektrikli ve elektronik araçlarda, bu düşünceye dayanan çok gelişmiş elektrik salınımları elde edilmiştir.
Periyodik (dönemsel) hareketin başka bir örneği, basit bir sarkacın, yani uzama özelliği olmayan kütlesiz bir ipin ucunda sallanan ağırlığın, yaptığı harekettir. Yerçekimi geriçağırım gücünü sağlar; ama ağırlığın çizdiği yol bir yay olduğu için, bu güç, dengeden uzaklaşma miktarıyla doğru orantılı değildir; dolayısıyla da bu hareket tam armonik değildir. Yaklaşık 10 dereceye kadar küçük uzaklaşmalar söz konusu olduğunda, hareket armonik diye değerlendirilebilir; çünkü sarkacın ideal konumdan ayrılma miktarı % 1'den azdır.
Armonik harekete "sinüsoidal hareket" de denir; çünkü salınan cismin x uzaklaşması ile t zamanı arasındaki matematiksel ilişki bir sinüs (ya da kosinüs) fonksiyonudur. Yani, cisim denge durumundan geçerken bir kronometre çalıştırılırsa (t=0), nesnenin daha sonraki herhangi bir zamanda dengeden uzaklaşması, x = A s in 2 n ft denklemiyle bulunabilir; burada A en büyük uzaklaşma, f frekanstır (bir saniyede salınım sayısı). Kronometre, cisim A noktasındayken çalıştırılsaydı, hareket, x = A cos 2 n ft denklemiyle gösterilirdi. Ayrıca, cismin hızı ve ivmesi de, sinüs ya da kosinüs olarak tanımlanabilir.
Basit armonik hareket ile dairesel hareket arasında yakın ilişki vardır. Dairesel bir yolda değişmez hızla hareket eden bir cisim, hareket düzleminin içinden izlenseydi (bu durumda daire kenardan görülür), basit armonik hareket kurallarına uyarak, düz bir çizgi üstünde ileri geri hareket ediyormuş gibi görünürdü. Bu nedenle, dairesel bir yol, birbirine dik olarak etki yapan iki geriçağırım gücünün etkisindeki bir cismin yolu gibi düşünülebilir. Bu güçlerin ikisinin de frekansı aynıdır ve aynı maksimum uzaklaşmayı sağlar; ama birbirlerine oranla 180° evredışı olur (yani, biri minimuma ulaşırken, öbürü maksimumda bulunur).
Elips biçimi hareket de, birbirinden ayrı iki dikey armonik hareketin sonucu olarak görülebilir. Dairesel harekette olduğu gibi, bu iki gücün frekansları aynıdır; ama ya maksimum uzaklaşmalar farklıdır ya da evre farkı 180°'den farklı bir değerdir (ya da O°'dir ve bu durumda oluşan yol düz bir çizgidir).
Dairesel ya da elips biçimi hareketin iki ayrı armonik hareket aracılığıyla tanımlanması çoğunlukla gereksiz olmasına karşın, daha karışık biçimleri, özellikle de Lissajous biçimleri adı verilen biçimleri ele almanın en basit yöntemi genellikle budur.
Armonik hareketin belirgin özelliği, denge konumu çevresinde bakışımlı harekettir. Her maksimum uzaklaşma, bir öncekinden biraz daha azsa, hareketin "sönmekte" olduğu söylenir. Sönme, sarkacın kinetik enerjisi yitimi olayıdır ve titreşimlerin giderek sönmesine neden olur. Enerji soğuran araçlar, sözgelimi kauçuk yastık gibi basit araçlar, titreşimlerin istenmediği durumlarda kullanılır.