Jousivärähtelijät

Jousivärähtelijät ovat mekaanisia järjestelmiä, jotka koostuvat massasta, joka on yhdistetty jouseen. Kun massa siirretään tasapainopisteestään ja vapautetaan, se alkaa värähdellä edestakaisin tasapainopisteen ympärillä. Ideaalitapauksessa, ilman kitkaa tai ilmanvastusta, tämä liike olisi harmonista.

Jousivärähtelijän käyttäytymistä kuvaava keskeinen käsite on Hooken laki, jonka mukaan jouseen kohdistuva voima on suoraan verrannollinen sen venymään tai puristumaan ja suuntautuu aina kohti tasapainopistettä. Matematiikassa tämä ilmaistaan usein kaavalla F = -kx, missä F on voima, k on jousivakio ja x on poikkeama tasapainopisteestä. Negatiivinen merkki osoittaa, että voima on vastakkaissuuntainen poikkeamalle.

Jousivärähtelijän värähtelytaajuus ja jaksonaika riippuvat massasta ja jousivakiosta. Suurempi massa tai pehmeämpi jousi johtaa hitaampaan värähtelyyn eli pienempään taajuuteen ja pidempään jaksonaikaan. Vastaavasti pienempi massa tai jäykempi jousi nopeuttaa värähtelyä.

Todellisissa jousivärähtelijöissä esiintyy yleensä vaimennusta, joka johtuu kitkasta tai muista energiahäviöistä. Vaimennus saa värähtelyn amplitudin pienentymään ajan myötä. Jos vaimennus on riittävän suurta, järjestelmä palaa tasapainopisteeseen ilman värähtelyä. Jousivärähtelijöitä käytetään monissa sovelluksissa, kuten kelloissa, jousitusjärjestelmissä ja mittalaitteissa.