Oscillatie

Oscillatie is de herhaalde variatie van een grootheid rondom een evenwichtspunt, meestal periodiek. Oscillaties komen voor in natuur en techniek, in mechanische systemen, elektrische circuits en biologische processen. Een oscillerende grootheid kenmerkt zich door de amplitude, de periode of frequentie en de fase ten opzichte van een referentie.

Er bestaan vrije (natuurlijke) oscillaties, die zonder externe prikkel voortkomen en uiteindelijk kunnen uitdoven bij demping; gedwongen oscillaties die worden opgewekt door een externe kracht. Oscillaties kunnen gedempt of ongedempt zijn, afhankelijk van de aanwezigheid van demping.

Wiskundig: De eenvoudigste oscillatie is de harmonische beweging: x(t) = A cos(ω t + φ). Voor een massa-veer systeem geldt m x'' + c x' + k x = 0, met natuurlijke frequentie ω0 = √(k/m). Voor gedempte oscillaties geldt c > 0.

Bij gedwongen oscillatie m x'' + c x' + k x = F0 cos(ω t) ontstaat een oscillatie met constante amplitude in evenwicht, afhankelijk van ω. De resonantiefrequentie ligt nabij ω0 en de kwaliteit Q beschrijft de scherpte van de resonantie.

Andere contexten omvatten limitcycli in niet-lineaire systemen (bijv. de Van der Pol-oscillator), synchronisatie en fase-entrainment, en praktische voorbeelden zoals LC-circuits, mechanische pendels en biologische ritmes zoals circadiane ritmes en neurale of hart-oscillaties. Oscillatie is een fundamenteel verschijnsel dat in diverse systemen optreedt en zowel theoretisch als toegepast bestudeerd wordt.