Salınım

Ayrıca bakınız: osilatör

Basit harmonik salınım sistemi (osilatör)

Salınım, merkezi bir değere (çoğunlukla bir denge noktasına) ilişkin veya iki veya daha fazla farklı durum arasındaki bazı ölçümlerin genellikle zamanla tekrarlayan veya periyodik değişimidir. Sarkaç ve alternatif akım bilinen salınım örnekleridir. Salınımlar fizikte atomlar arasındakiler gibi karmaşık etkileşimlere yaklaşmak için kullanılabilir.

Titreşim terimi de bazen sınırlı olarak mekanik salınımları tarif etmekte kullanılsa da bazen salınım ile eş anlamda kullanılır.

Salınımlar sadece mekanik sistemlerde değil aynı zamanda bilimin neredeyse her alanındaki dinamik sistemlerde de meydana gelir: örneğin insan kalbinin (dolaşım için) atışı, ekonomideki iş döngüleri, ekolojideki avcı-av nüfus döngüleri, jeolojideki jeotermal gayzerler, gitar ve diğer yaylı çalgılardaki tellerin titreşimi, beyindeki sinir hücrelerinin periyodik ateşlenmesi ve astronomide Sefe değişen yıldızlarının periyodik şişmesi gibi. Titreşim terimi tam olarak mekanik bir salınımı tanımlamak için kullanılır.

Salınım, özellikle hızlı salınım, amacın kararlı duruma yakınsama olduğu süreç kontrolü ve kontrol teorisinde (örneğin kayan kipli kontrolde) istenmeyen bir olgu olabilir.

Basit harmonik salınım

Ana madde: Basit harmonik hareket

En basit mekanik salınım sistemi, yalnızca ağırlık ve gerilime maruz kalan doğrusal bir yaya bağlı ağırlık'tır. Böyle bir sisteme bir hava tablası veya buz yüzeyi üzerinde yaklaşılabilir. Yay hareketsiz olduğunda sistem dengededir. Eğer sistem dengeden çıkarsa, kütle üzerinde onu tekrar dengeye getirmeye çalışan net bir “geri getirme kuvveti” vardır. Bununla birlikte, kütleyi tekrar denge konumuna hareket ettirirken, bu konumun ötesine geçmesini sağlayan bir momentum kazanmış olur ve zıt anlamda yeni geri çeken bir kuvvet oluşturur. Sisteme yerçekimi gibi sabit bir kuvvet eklenirse denge noktası kaydırılır. Salınımın olması için geçen süreye genellikle salınım "periyodu" denir.

Yay-kütle sisteminin dinamiği gibi, bir cisme etki eden geri getirme kuvvetinin yer değiştirmesiyle doğru orantılı olduğu sistemler, matematiksel olarak basit harmonik osilatör ile tanımlanır ve düzenli periyodik harekete, basit harmonik hareket denir. Yay-kütle sisteminde salınımlar olur çünkü statik denge yer değiştirmesinde kütlenin, yolunun uç noktalarında yayda depolanan potansiyel enerjiye dönüştürülen kinetik enerjisi vardır. Yay-kütle sistemi, salınımın bazı ortak özelliklerini, yani bir dengenin varlığını ve sistem dengeden saptıkça güçlenen bir geri çekme kuvvetinin varlığını gösterir.

Yay-kütle sistemi durumunda Hooke yasası bir yayın geri çekme kuvvetinin şu formülle verilir: $$F=-kx$$

Newton'un ikinci yasası kullanılarak diferansiyel denklem türetilebilir: $${\ddot {x}}=-{\frac {k}{m}}x=-\omega ^{2}x,$$ burada ${\textstyle \omega ={\sqrt {k/m}}}$

Bu diferansiyel denklemin çözümü sinüzoidal bir konum fonksiyonu verir: $$x(t)=A\cos(\omega t-\delta )$$

burada ω salınımın frekansı, A genlik ve δ fonksiyonun faz kayması'dır. Bunlar sistemin başlangıç koşulları tarafından belirlenir. Kosinüs 1 ile -1 arasında sonsuza kadar salındığından, yay-kütle sistemimiz sürtünme olmadan sonsuza kadar pozitif ve negatif genlik arasında salınır.

Örnekler

Bazı salınım örnekleri aşağıda verilmiştir

Mekanik

• Basit sarkaç
• Yay sarkacı

Elektriksel

• Alternatif akım

İnsanlar

• Beyin dalgaları
• Ses üretimi
• İnsulin salgısı salınımları
• Temporomandibular eklem sesleri