Oscilaciones y Movimiento Armónico: Periodo, Frecuencia, Amortiguamiento y Fuerza Externa

Oscilaciones: definición y conceptos fundamentales

¿Qué es oscilación?

Se denomina oscilación a una variación o perturbación en el tiempo de un medio o sistema. Se puede decir que la oscilación, en física, química e ingeniería, es el movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central o de equilibrio. Otra definición sería que la oscilación se produce cuando un objeto, después de apartarse de determinada posición y de ocupar todas las posibles posiciones de la trayectoria, regresa a ella.

¿Qué es periodo?

Este término se utiliza regularmente para designar el intervalo de tiempo necesario para completar un ciclo repetitivo; es decir, el tiempo que tarda un objeto en realizar una oscilación.

¿Qué es frecuencia?

La frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

¿Qué es movimiento oscilatorio?

El movimiento oscilatorio es un movimiento en torno a un punto de equilibrio estable. Se produce cuando, al desplazar un sistema de su posición de equilibrio, una fuerza restauradora lo obliga a desplazarse hacia puntos simétricos con respecto a esa posición. Ejemplo: un péndulo simple.

¿Qué es movimiento armónico simple (m.a.s.)?

El movimiento armónico simple (m.a.s.) es un movimiento periódico descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). Si la descripción de un movimiento requiriese más de una función armónica, en general sería un movimiento armónico pero no un m.a.s.

Periodo de un movimiento armónico simple

El periodo de un movimiento armónico simple depende del objeto oscilante y de la constante elástica del resorte, ya que es un movimiento en el cual se desprecia la fricción y la fuerza restauradora es proporcional a la elongación. Al cuerpo que describe este movimiento se le conoce como oscilador armónico.

¿Qué es oscilación amortiguada?

La oscilación amortiguada es aquella en la cual, debido a las fuerzas de rozamiento, en cualquier sistema oscilatorio real siempre se presentan pérdidas de energía. Es decir, la amplitud de un cuerpo vibrante —como un resorte o un péndulo— decrece gradualmente hasta que se detiene.

Oscilación forzada

Para que un sistema real oscile durante un largo tiempo, es necesario que, mediante una fuerza externa, recupere la energía perdida por rozamiento. Por ello, cuando un cuerpo que oscila se somete a una fuerza externa, sus oscilaciones son forzadas.

Resumen de los conceptos clave

• Oscilación: movimiento repetido alrededor de un equilibrio.
• Periodo (T): tiempo para completar una oscilación.
• Frecuencia (f): número de oscilaciones por unidad de tiempo.
• M.A.S.: movimiento descrito por funciones seno o coseno.
• Amortiguamiento: pérdidas de energía que reducen la amplitud.
• Oscilación forzada: oscilación mantenida por una fuerza externa.

Ejemplo

Un péndulo simple y un resorte-masa son ejemplos típicos de sistemas que pueden presentar los tipos de oscilación descritos: libre, amortiguada y forzada, dependiendo de la presencia de fricción y de fuerzas externas.