Mendefinisikan Gerak Harmonik Sederhana (GHS)
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| simple harmonic motion/ˈsɪmpl hɑːˈmɒnɪk ˈməʊʃn/ | gerak harmonik sederhana |
Tarik ayunan lalu selalu kembali
- Tarik ayunan anak ke satu sisi dan lepaskan — ia melesat kembali, melewatinya, dan berayun ke arah sebaliknya.
- Semakin jauh Anda menariknya, semakin keras ia ditarik kembali ke tengah.
- Gerak apa pun yang mengikuti aturan "selalu ditarik kembali, sebanding" ini disebut gerak harmonik sederhana (GHS).
- Ini adalah fisika pegas, bandul, senar gitar, dan atom dalam zat padat.
Aturan penentu
- GHS terjadi ketika gaya pemulih sebanding dengan perpindahan dari kesetimbangan, dan arahnya kembali menuju kesetimbangan tersebut.
- Dalam simbol: $F = -kx$ — tanda minus berarti "kembali ke tengah".
- Dorong lebih jauh keluar ($x$ lebih besar) dan gaya tarik-baliknya meningkat secara proporsional.
- Satu kondisi tunggal ini menghasilkan gerakan bolak-balik yang mulus dari setiap osilator.
Gaya pemulih bertambah seiring perpindahan
Tarik pegas dan lihat gaya pemulih bertambah sebanding — inti dari GHS.
Pegas memiliki $k = 50\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$. Berapa besar gaya pemulih pada perpindahan $0.2\ \text{m}$, dalam $\text{N}$?
$|F| = kx = 50 \times 0.2 = 10\ \text{N}$, mengarah kembali ke kesetimbangan.
Apa yang mendefinisikan gerak harmonik sederhana?
GHS memerlukan $F = -kx$: gaya pemulih sebanding dengan perpindahan, mengarah kembali ke kesetimbangan.
Dalam $F = -kx$, tanda minus berarti gaya mengarah ____ menuju kesetimbangan.
Gaya selalu berlawanan dengan perpindahan — ia mengarah kembali ke tengah.
Kesetimbangan dan melewat target
- Osilator memiliki titik kesetimbangan di mana resultan gaya bernilai nol.
- Setelah terdisplacement, ia ditarik kembali — namun tiba di kesetimbangan dengan kecepatan, sehingga melewatinya.
- Kemudian gaya pemulih memperlambatnya, menghentikannya, dan menariknya kembali lagi.
- Hasilnya adalah osilasi yang tak terhingga dan mulus di sekitar titik tengah.
Mengapa osilator GHS tidak berhenti begitu saja di titik kesetimbangan?
Di kesetimbangan gayanya nol tetapi kecepatannya maksimum, sehingga osilator melewatinya dan terus berayun.
Munculnya GHS
- Massa pada pegas adalah contoh klasik: $F = -kx$ secara eksak.
- Bandul juga berayun dengan GHS, selama sudutnya tetap kecil.
- Atom yang bergetar dalam kristal, serta senar yang dipetik, juga merupakan GHS.
- Whenever sebuah sistem diguncang dari keseimbangan stabil, GHS cenderung muncul.
Ayunan adalah gerak harmonik sederhana hanya untuk sudut ayunan kecil.
Gaya pemulih sebanding dengan perpindahan hanya pada sudut kecil; ayunan besar bukan GHS.
Pilih semua sistem yang mengalami gerak harmonik sederhana (setidaknya secara perkiraan).
Pegas, bandul sudut kecil dan tali semuanya memiliki gaya pemulih $\propto$ simpangan. Penggerak kecepatan konstan tidak.
Bandul hanya sekitarnya GHS — gaya pemulih sebanding dengan perpindahan hanya untuk sudut kecil. Mengayunkannya terlalu jauh membuat geraknya tidak lagi harmonik sederhana. Massa pada pegas adalah ideal yang lebih bersih.
Sebuah pegas menarik balik dengan $F = -kx$, di mana $k = 50\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$. Temukan gaya pemulih pada perpindahan $0.2\ \text{m}$.
- $F = -kx = -50 \times 0.2 = -10\ \text{N}$.
Gaya $10\ \text{N}$ mengarah kembali ke kesetimbangan, berlawanan arah dengan perpindahan.
Gerak harmonik sederhana adalah osilasi di mana gaya pemulih sebanding dengan perpindahan dan mengarah kembali ke kesetimbangan: $F = -kx$. Benda melewat kesetimbangan dan berayun tanpa henti. Pegas adalah GHS eksak; bandul adalah GHS hanya untuk sudut kecil.