Setiap gerakan yang berulang secara berkala disebut osilasi. Oleh karena itu, ketergantungan koordinat dan kecepatan suatu benda terhadap waktu selama osilasi dijelaskan oleh fungsi periodik waktu. Dalam mata pelajaran fisika sekolah, getaran dipertimbangkan di mana ketergantungan dan kecepatan benda adalah fungsi trigonometri 
, 
atau kombinasinya, dimana merupakan bilangan tertentu. Getaran seperti ini disebut harmonik (fungsi 
Dan 
sering disebut fungsi harmonik). Untuk menyelesaikan masalah osilasi yang termasuk dalam program ujian negara terpadu fisika, Anda perlu mengetahui definisi karakteristik utama gerak osilasi: amplitudo, periode, frekuensi, frekuensi melingkar (atau siklik), dan fase osilasi. Mari kita berikan definisi ini dan menghubungkan besaran-besaran yang tercantum dengan parameter ketergantungan koordinat benda terhadap waktu, yang dalam kasus osilasi harmonik selalu dapat direpresentasikan dalam bentuk
dimana , dan adalah beberapa bilangan.
Amplitudo osilasi adalah deviasi maksimum suatu benda yang berosilasi dari posisi setimbangnya. Karena nilai maksimum dan minimum kosinus pada (11.1) sama dengan ±1, maka amplitudo osilasi benda yang berosilasi (11.1) adalah . Periode osilasi adalah waktu minimum setelah gerakan suatu benda berulang. Untuk ketergantungan (11.1), periodenya dapat ditentukan dengan pertimbangan sebagai berikut. Cosinus merupakan fungsi periodik dengan titik. Oleh karena itu, gerakan tersebut diulangi seluruhnya melalui nilai sedemikian rupa sehingga . Dari sini kita dapatkan
Frekuensi osilasi melingkar (atau siklik) adalah jumlah osilasi yang dilakukan per satuan waktu. Dari rumus (11.3) kita menyimpulkan bahwa frekuensi melingkar adalah besaran dari rumus (11.1).
Fase osilasi merupakan argumen fungsi trigonometri yang menggambarkan ketergantungan koordinat terhadap waktu. Dari rumus (11.1) kita melihat bahwa fase osilasi suatu benda, yang pergerakannya dijelaskan oleh ketergantungan (11.1), sama dengan 
. Nilai fase osilasi pada waktu = 0 disebut fase awal. Untuk ketergantungan (11.1), fase awal osilasi sama dengan . Jelasnya, fase awal osilasi bergantung pada pilihan titik acuan waktu (momen = 0), yang selalu bersyarat. Dengan mengubah asal waktu, fase awal osilasi selalu dapat “dibuat” sama dengan nol, dan sinus dalam rumus (11.1) dapat “diubah” menjadi kosinus atau sebaliknya.
Program ujian negara terpadu juga mencakup pengetahuan tentang rumus frekuensi osilasi pegas dan bandul matematika. Pendulum pegas biasanya disebut benda yang dapat berosilasi pada permukaan horizontal halus di bawah aksi pegas, yang ujung kedua dipasang (gambar kiri). Pendulum matematis adalah suatu benda masif yang dimensinya dapat diabaikan, berosilasi pada benang yang panjang, tidak berbobot, dan tidak dapat diperpanjang (gambar kanan). Nama sistem ini, “pendulum matematika”, karena sistem ini mewakili suatu abstrak matematis model nyata ( fisik) pendulum. Penting untuk mengingat rumus periode (atau frekuensi) osilasi pegas dan bandul matematika. Untuk pendulum pegas
dimana adalah panjang benang, adalah percepatan gravitasi. Mari kita pertimbangkan penerapan definisi dan hukum ini dengan menggunakan contoh pemecahan masalah.
Untuk mencari frekuensi siklik osilasi beban masuk tugas 11.1.1 Mari kita cari periode osilasinya dulu, lalu gunakan rumus (11.2). Karena 10 m 28 s adalah 628 s, dan selama waktu tersebut beban berosilasi 100 kali, maka periode osilasi beban adalah 6,28 s. Jadi, frekuensi siklik osilasi adalah 1 s -1 (jawaban 2 ). DI DALAM masalah 11.1.2 beban tersebut melakukan 60 osilasi dalam waktu 600 s, jadi frekuensi osilasinya adalah 0,1 s -1 (jawaban 1 ).
Untuk mengetahui jarak yang ditempuh beban dalam 2,5 periode ( masalah 11.1.3), ayo ikuti gerakannya. Setelah beberapa waktu, beban akan kembali ke titik defleksi maksimum, menyelesaikan osilasi penuh. Oleh karena itu, selama waktu ini, beban akan menempuh jarak yang sama dengan empat amplitudo: ke posisi setimbang - satu amplitudo, dari posisi setimbang ke titik deviasi maksimum ke arah lain - yang kedua, kembali ke posisi setimbang - the ketiga, dari posisi setimbang ke titik awal – keempat. Selama periode kedua, beban akan kembali melewati empat amplitudo, dan selama sisa periode - dua amplitudo. Oleh karena itu, jarak yang ditempuh sama dengan sepuluh amplitudo (jawaban 4 ).
Besarnya gerak suatu benda adalah jarak dari titik awal sampai titik akhir. Lebih dari 2,5 periode masuk tugas 11.1.4 tubuh akan memiliki waktu untuk menyelesaikan dua osilasi penuh dan setengah osilasi penuh, mis. akan berada pada simpangan maksimum, namun berada pada sisi lain dari posisi kesetimbangan. Oleh karena itu, besar perpindahan sama dengan dua amplitudo (jawaban 3 ).
Menurut definisi, fase osilasi adalah argumen fungsi trigonometri yang menggambarkan ketergantungan koordinat benda yang berosilasi terhadap waktu. Oleh karena itu jawaban yang benar adalah masalah 11.1.5 - 3 .
Suatu periode adalah waktu terjadinya osilasi penuh. Artinya, kembalinya suatu benda ke titik yang sama dari mana benda tersebut mulai bergerak tidak berarti bahwa suatu periode telah berlalu: benda tersebut harus kembali ke titik yang sama dengan kecepatan yang sama. Misalnya, suatu benda, yang memulai osilasi dari posisi setimbang, akan mempunyai waktu untuk menyimpang sebanyak mungkin ke satu arah, kembali lagi, menyimpang sebanyak maksimum ke arah lain, dan kembali lagi. Oleh karena itu, selama periode tersebut benda akan memiliki waktu untuk menyimpang sebanyak dua kali dari posisi setimbang sebanyak mungkin dan kembali lagi. Akibatnya, peralihan dari posisi setimbang ke titik deviasi maksimum ( masalah 11.1.6) tubuh menghabiskan seperempat periode tersebut (jawaban 3 ).
Osilasi harmonik adalah osilasi di mana ketergantungan koordinat benda yang berosilasi terhadap waktu dijelaskan oleh fungsi waktu trigonometri (sinus atau kosinus). DI DALAM tugas 11.1.7 ini adalah fungsinya dan , meskipun parameter yang disertakan di dalamnya ditetapkan sebagai 2 dan 2 . Fungsi tersebut merupakan fungsi trigonometri kuadrat waktu. Oleh karena itu, hanya getaran yang besaran dan harmonis (jawaban 4 ).
Selama getaran harmonik, kecepatan benda berubah menurut hukum 
, dimana adalah amplitudo kecepatan osilasi (titik acuan waktu dipilih sehingga fase awal osilasi sama dengan nol). Oleh karena itu kita menemukan ketergantungan energi kinetik suatu benda terhadap waktu 
(masalah 11.1.8). Dengan menggunakan lebih lanjut rumus trigonometri terkenal, kita peroleh
Dari rumus ini dapat disimpulkan bahwa energi kinetik suatu benda berubah selama osilasi harmonik juga menurut hukum harmonik, tetapi dengan frekuensi dua kali lipat (jawaban 2 ).
Di balik hubungan energi kinetik beban dengan energi potensial pegas ( masalah 11.1.9) mudah diikuti dari pertimbangan berikut. Ketika benda dibelokkan sebesar maksimum dari posisi setimbang, kecepatan benda adalah nol, dan oleh karena itu, energi potensial pegas lebih besar daripada energi kinetik beban. Sebaliknya, ketika benda melewati posisi setimbang, energi potensial pegas adalah nol, sehingga energi kinetiknya lebih besar daripada energi potensialnya. Oleh karena itu, antara lewatnya posisi setimbang dan defleksi maksimum, energi kinetik dan energi potensial dibandingkan satu kali. Dan karena dalam suatu periode benda berpindah empat kali dari posisi setimbang ke defleksi maksimum atau mundur, maka selama periode tersebut energi kinetik beban dan energi potensial pegas dibandingkan satu sama lain sebanyak empat kali (jawaban 2 ).
Amplitudo fluktuasi kecepatan ( tugas 11.1.10) paling mudah ditemukan menggunakan hukum kekekalan energi. Pada titik defleksi maksimum, energi sistem osilasi sama dengan energi potensial pegas 
, dimana adalah koefisien kekakuan pegas, adalah amplitudo getaran. Ketika melewati posisi setimbang, energi benda sama dengan energi kinetik 
, dimana massa benda, adalah kecepatan benda ketika melewati posisi setimbang, yang merupakan kecepatan maksimum benda selama proses osilasi dan oleh karena itu mewakili amplitudo kecepatan osilasi. Menyamakan energi-energi ini, kita temukan
(menjawab 4 ).
Dari rumus (11.5) kita simpulkan ( masalah 11.2.2), bahwa periodenya tidak bergantung pada massa bandul matematika, dan dengan pertambahan panjang sebanyak 4 kali, periode osilasi bertambah 2 kali (jawaban 1 ).
Jam adalah proses osilasi yang digunakan untuk mengukur interval waktu ( masalah 11.2.3). Kata “jam sedang terburu-buru” berarti jangka waktu proses ini kurang dari yang seharusnya. Oleh karena itu, untuk memperjelas kemajuan jam-jam tersebut, perlu dilakukan penambahan periode proses. Menurut rumus (11.5), untuk menambah periode osilasi bandul matematika, perlu menambah panjangnya (jawaban 3 ).
Untuk mencari amplitudo osilasi di masalah 11.2.4, ketergantungan koordinat benda terhadap waktu perlu direpresentasikan dalam bentuk fungsi trigonometri tunggal. Untuk fungsi yang diberikan dalam kondisi, hal ini dapat dilakukan dengan memasukkan sudut tambahan. Mengalikan dan membagi fungsi ini dengan 
dan menggunakan rumus penjumlahan fungsi trigonometri, kita peroleh
|
dimana sudutnya sedemikian rupa 
. Dari rumus ini dapat disimpulkan bahwa amplitudo osilasi suatu benda adalah 
(menjawab 4
).
Parameter terpenting yang mengkarakterisasi getaran mekanis, suara, listrik, elektromagnetik, dan semua jenis getaran lainnya adalah periode- waktu terjadinya satu osilasi penuh. Jika, misalnya, pendulum sebuah jam membuat dua osilasi lengkap dalam waktu 1 s, periode setiap osilasi adalah 0,5 s. Periode osilasi suatu ayunan besar adalah sekitar 2 s, dan periode osilasi suatu tali dapat berkisar dari sepersepuluh hingga sepersepuluh ribu detik.
Gambar 2.4 - Osilasi
Di mana: φ – fase osilasi, SAYA– kekuatan saat ini, Ia– nilai amplitudo kekuatan arus (amplitudo)
T– periode fluktuasi saat ini (periode)
Parameter lain yang mengkarakterisasi fluktuasi adalah frekuensi(dari kata "sering") - angka yang menunjukkan berapa banyak osilasi lengkap per detik yang dilakukan oleh pendulum jam, benda yang berbunyi, arus dalam konduktor, dll. Frekuensi osilasi diperkirakan dengan satuan yang disebut Hertz (disingkat Hz): 1 Hz adalah satu osilasi per detik. Jika, misalnya, sebuah dawai yang dibunyikan menghasilkan 440 getaran lengkap dalam 1 s (pada saat yang sama menghasilkan nada “A” pada oktaf ketiga), frekuensi getarannya dikatakan 440 Hz. Frekuensi arus bolak-balik jaringan penerangan listrik adalah 50 Hz. Pada arus ini, elektron dalam kabel jaringan mengalir secara bergantian 50 kali dalam satu arah dan jumlah yang sama dalam arah berlawanan dalam satu detik, yaitu. melakukan 50 osilasi lengkap dalam 1 s.
Satuan frekuensi yang lebih besar adalah kilohertz (tertulis kHz), sama dengan 1000 Hz, dan megahertz (tertulis MHz), sama dengan 1000 kHz atau 1.000.000 Hz.
Amplitudo- nilai maksimum perpindahan atau perubahan suatu variabel selama gerak osilasi atau gelombang. Besaran skalar non-negatif, diukur dalam satuan tergantung pada jenis gelombang atau getaran.
Gambar 2.5 - Osilasi sinusoidal.
Di mana, kamu- amplitudo gelombang, λ - panjang gelombang.
Misalnya:
amplitudo getaran mekanis suatu benda (getaran), untuk gelombang pada tali atau pegas, adalah jarak dan ditulis dalam satuan panjang;
Amplitudo gelombang suara dan sinyal audio biasanya mengacu pada amplitudo tekanan udara dalam gelombang, namun kadang-kadang digambarkan sebagai amplitudo perpindahan relatif terhadap keseimbangan (udara atau diafragma pembicara). Logaritmanya biasanya diukur dalam desibel (dB);
untuk radiasi elektromagnetik, amplitudonya sesuai dengan besarnya medan listrik dan magnet.
Bentuk perubahan amplitudo disebut gelombang amplop.
Getaran suara
Bagaimana gelombang suara muncul di udara? Udara terdiri dari partikel-partikel yang tidak terlihat oleh mata. Saat angin bertiup, mereka dapat diangkut dalam jarak jauh. Tapi mereka juga bisa ragu. Misalnya kita melakukan gerakan tajam dengan tongkat di udara, kita akan merasakan sedikit hembusan angin sekaligus mendengar suara samar. Suara ini akibat getaran partikel udara yang tereksitasi oleh getaran tongkat.
Ayo lakukan eksperimen ini. Mari kita tarik senarnya, misalnya gitar, lalu lepaskan. Senar akan mulai bergetar – berosilasi di sekitar posisi istirahat aslinya. Getaran senar yang cukup kuat terlihat oleh mata. Getaran senar yang lemah hanya dapat dirasakan sebagai sedikit rasa menggelitik jika Anda menyentuhnya dengan jari. Saat senar bergetar, kita mendengar suara. Begitu senar menjadi tenang, suaranya akan menghilang. Lahirnya bunyi di sini merupakan hasil kondensasi dan penghalusan partikel-partikel udara. Berosilasi dari sisi ke sisi, tali tersebut menekan, seolah-olah menekan, partikel udara di depannya, membentuk area bertekanan tinggi dalam volume tertentu, dan sebaliknya, area bertekanan rendah di belakangnya. Ini dia gelombang suara. Menyebar di udara dengan kecepatan sekitar 340 m/s, mereka membawa sejumlah energi. Pada saat area dengan peningkatan tekanan gelombang suara mencapai telinga, ia menekan gendang telinga, membengkokkannya sedikit ke dalam. Ketika bagian gelombang suara yang dijernihkan mencapai telinga, gendang telinga sedikit menekuk ke luar. Gendang telinga terus-menerus bergetar seiring waktu dengan area bertekanan udara tinggi dan rendah yang bergantian. Getaran ini ditransmisikan melalui saraf pendengaran ke otak, dan kita menganggapnya sebagai suara. Semakin besar amplitudo gelombang suara, semakin banyak energi yang dibawanya, dan semakin keras pula suara yang kita rasakan.
Gelombang suara, seperti getaran air atau listrik, diwakili oleh garis bergelombang - gelombang sinus. Punuk-punuknya melambangkan daerah bertekanan tinggi, dan cekungannya melambangkan daerah bertekanan udara rendah. Daerah bertekanan tinggi dan daerah bertekanan rendah berikutnya membentuk gelombang suara.
Berdasarkan frekuensi getaran suatu benda yang berbunyi, seseorang dapat menilai nada atau nada suatu suara. Semakin tinggi frekuensi maka semakin tinggi nada bunyinya, begitu pula sebaliknya, semakin rendah frekuensi maka semakin rendah nada bunyinya. Telinga kita mampu merespons pita frekuensi yang relatif kecil (bagian) getaran suara - sekitar 20 Hz hingga 20 kHz. Namun demikian, pita frekuensi ini mengakomodasi seluruh rentang suara yang diciptakan oleh suara manusia dan orkestra simfoni: dari nada yang sangat rendah, mirip dengan suara dengungan kumbang, hingga derit nyamuk bernada tinggi yang nyaris tidak terlihat. Frekuensi osilasi hingga 20 Hz, disebut infrasonik, Dan di atas 20 kHz, disebut ultrasonik, kami tidak mendengar. Dan jika gendang telinga kita ternyata mampu merespon getaran ultrasonik, maka kita bisa mendengar cicit kelelawar, suara lumba-lumba. Lumba-lumba memancarkan dan mendengar getaran ultrasonik dengan frekuensi hingga 180 kHz.
Tapi orang tidak boleh bingung dengan tingginya, mis. nada suara dengan kekuatannya. Nada suara tidak bergantung pada amplitudo, tetapi pada frekuensi getaran. Senar suatu alat musik yang tebal dan panjang, misalnya, menghasilkan nada bunyi yang rendah, yaitu. bergetar lebih lambat daripada senar tipis dan pendek, menghasilkan suara bernada tinggi (Gbr. 1).
Gambar 2.6 - Gelombang suara
Semakin tinggi frekuensi getaran senar, semakin pendek gelombang bunyinya dan semakin tinggi nada bunyinya.
Dalam teknik kelistrikan dan radio, digunakan arus bolak-balik dengan frekuensi mulai dari beberapa hertz hingga ribuan gigahertz. Antena radio siaran, misalnya, dialiri arus dengan frekuensi berkisar antara 150 kHz hingga 100 MHz.
Getaran yang berubah dengan cepat ini, disebut getaran frekuensi radio, adalah sarana transmisi suara secara nirkabel dalam jarak jauh.
Seluruh rangkaian besar arus bolak-balik biasanya dibagi menjadi beberapa bagian - subrentang.
Arus dengan frekuensi 20 Hz sampai 20 kHz, sesuai dengan getaran yang kita rasakan sebagai suara dengan nada berbeda, disebut arus(atau fluktuasi) frekuensi audio, dan arus dengan frekuensi di atas 20 kHz - arus frekuensi ultrasonik.
Arus dengan frekuensi 100 kHz sampai 30 MHz disebut arus frekuensi tinggi,
Arus dengan frekuensi di atas 30 MHz - arus frekuensi ultra-tinggi dan ultra-tinggi.
