Movimiento Armónico Simple (MAS)

Definición del Movimiento Armónico Simple

Todos los días vemos diferentes tipos de movimiento. Por ejemplo, el movimiento de las agujas de un reloj, el movimiento de las ruedas de un coche, etc. ¿Te has dado cuenta de que estos tipos de movimiento se repiten constantemente? Pues bien, estos movimientos son periódicos por naturaleza, y uno de estos tipos de movimiento periódico es el movimiento armónico simple (M.A.S.). Pero, ¿qué es el M.A.S.? Averigüémoslo.

Movimiento periódico y oscilaciones

El movimiento periódico es el que se repite en intervalos de tiempo iguales. Para entender el movimiento armónico simple, debemos saber qué es el movimiento periódico.

Vemos muchos ejemplos de movimiento periódico en nuestro día a día. Por ejemplo, el movimiento de las agujas de un reloj es un movimiento periódico, el balanceo de una cuna, el balanceo en un columpio, las hojas de un árbol que se mueven de un lado a otro debido a la brisa del viento, etc.

En estos ejemplos, la partícula realiza el mismo conjunto de movimientos una y otra vez en un movimiento periódico, y la oscilación es uno de esos conjuntos de movimientos. El movimiento armónico simple es un gran ejemplo de movimiento oscilatorio.

Movimiento Armónico Simple (M.A.S.)

Definición de movimiento armónico simple – El movimiento armónico simple es aquel en el que el objeto se mueve de un lado a otro a lo largo de una línea.

Por ejemplo, ¿has visto un péndulo? Cuando lo hacemos oscilar, se mueve de un lado a otro a lo largo de la misma línea. Estos movimientos son oscilaciones. Las oscilaciones de un péndulo son un ejemplo de movimiento armónico simple.

Ahora, considera que hay un muelle que está fijo en un extremo. Cuando no se le aplica ninguna fuerza, se encuentra en su posición de equilibrio. Ahora bien,

Si tiramos de él hacia fuera, hay una fuerza ejercida por la cuerda que se dirige hacia la posición de equilibrio
Y, si empujamos el muelle hacia dentro, hay una fuerza ejercida por la cuerda hacia la posición de equilibrio

En cada caso, podemos ver que la fuerza ejercida por el muelle se dirige hacia la posición de equilibrio, esta fuerza se llama fuerza restauradora. Ahora, dejemos que la fuerza sea F y que el desplazamiento de la cuerda desde la posición de equilibrio sea x.

Por tanto, la fuerza restauradora será F= – kx (el signo negativo indica que la fuerza es en sentido contrario). Aquí, k es la constante llamada de fuerza. Su unidad es N/m en el sistema S.I. y dinas/cm en el sistema C.G.S.

Definición – El movimiento periódico lineal de un cuerpo en el que la fuerza restauradora se dirige siempre hacia la posición de equilibrio o posición media y su magnitud es directamente proporcional al desplazamiento desde la posición de equilibrio. Además, todos los movimientos armónicos simples son periódicos por naturaleza, pero todos los movimientos periódicos no son movimientos armónicos simples.

Ahora, tomemos el ejemplo anterior de la cuerda. Sea su masa m. La aceleración del cuerpo será,

a = F/m = – kx/m = – ω2x

 

Aquí, k/m = ω2 (ω es la frecuencia angular del cuerpo)

Conceptos de movimiento armónico simple (M.A.S.)

  • Amplitud: El máximo desplazamiento de una partícula respecto a su posición de equilibrio o posición media es su amplitud, y su dirección es siempre de alejamiento de la posición media o de equilibrio. Su unidad S.I. es el metro, y sus dimensiones son [L1M0 T0].
  • Período: El tiempo que tarda una partícula en completar una oscilación es su periodo. Por lo tanto, el periodo de S.H.M. es el tiempo mínimo tras el cual el movimiento se repetirá. Así, el movimiento se repetirá después de nT, donde n es un número entero.
  • Frecuencia: La frecuencia de S.H.M. es el número de oscilaciones que realiza una partícula por unidad de tiempo. La unidad de frecuencia del S.I. es el hertz o r.p.s (rotaciones por segundo), y sus dimensiones son [L0M0T-1].
  • Fase: La fase del S.H.M. es su estado de oscilación, y la magnitud y la dirección del desplazamiento de las partículas representan la fase. Epoch(α) es la fase al comienzo del movimiento.