מסלול התנועה של פלנטה מדגים תנועה שחוזרת על עצמה באופן סדיר. כדור הארץ או כל פלנטה אחרת חולף דרך נקודה מסוימת במסלולו לאחר פרק זמן קבוע – הנקרא זמן ההקפה או זמן המחזור. מסלולי פלנטות הם רק דוגמה אחת למגוון רחב של תופעות פיזיקליות, הנקראים תהליכים מחזוריים. גלי קול או גלי ים הם דוגמאות נוספות. אנו יכולים להשתמש בחפיסת קלפים מסודרת כאנלוגיה לרצף מחזורי. תארו לעצמכם חפיסת קלפים המופרדת לערימות הקלפים בתוך ערימה מסודרים לפי סדר מספרי. הכרטיסים של כל ערך מסוים מסודרים בצורה מחזורית. לדוגמה, הג 'קים יהיה במיקומים 13, 26, 39 ו- 52 בחפיסה. קיים מרווח אחיד, במחזור או "תקופה" של 13 קלפים. אותו מרווח קיים עבור כל ערך מספרי אחר של כרטיס. תופעות מחזוריות אחרות כגון גלים ותנודות מקיפות אותנו.
באדיבות וויקיפדיה
מסלולי הפלנטות הן תנועות חוזרות ונשנות בזמן ובמרחב: כדור הארץ עובר דרך כל נקודה מסוימת במסלולו בכל 365.25 ימים, והוא עוקב אחר אותו נתיב בחלל מדי שנה. כל 89 ימים מגיע מרקורי למרחק המקסימלי שלו מהשמש או להפרדה זוויתית הגדולה ביותר מן השמש. כל 75 שנים השביט של האלי חוזר מעומק החלל כדי להאיר את השמים שלנו. תנועות מחזוריות אלו וניתנות לחיזוי. תנועות הסביבוב אף היא תנועה מחזורית; כל 24 שעות השמש זורחת בגלל סיבוב כדור הארץ סביב צירו.
מסלולים הם דוגמה למגוון רחב של תופעות פיסיקליות הנקראות תהליכים מחזוריים. בואו נסתכל על כמה דוגמאות אחרות. תנודות או תנודות של גוף הנע קדימה ואחורה או מצד לצד באופן קבוע. מטוטלת היא דוגמה טובה לכך – משקולת התלוהי בקצה חוט על עשויה להתנדנד מצד לצד. הזמן שנדרש כדי לסיים את מחזור התנועה תלוי רק באורך החוט. גלילאו גילה את העובדה המעניינת הזאת כשהיה סטודנט צעיר בפיזה. במהלך שירות בקתדרלה הוא הבחין כי מנורת מזבח מתנדנדת היתה תקופה שלא תלויה עד כמה היא מתנדנדת בפראות או בעדינות. זו תנועה תקופתית של מטוטלת הפך חלק חיוני של שעונים במשך מאות שנים.
חפצים מכאניים יכולים לרטוט באופן קבוע. אם אתם מחזיקים מטר מעץ (או סרגל מתכת דק), כך שהוא בולט מקצה השולחן ואז מכים בקצה הבולט, תוכלו לראות רטט או תנועה מחזורית מהירה. בדרך כלל תנועה זו מטושטשת, אבל אם הקצה הבולט של הסרגל ארוך דיו הוא ניתן לראות כמה מחזורי תנועה מתרחשים בכל שנייה. תנודות מכניות יכולות להיות מהירות מאוד. רוב המוסיקאים מכוונים את כלי הנגינה באמצעות מזלג כוונון הרוטט 440 פעמים בשנייה! כעת אנו יכולים לראות את הקשר kתהליך מחזורי נוסף: גלים. הרטט המהיר של זרועות מזלג הכוונון יוצר שינוי מחזורי בצפיפות האוויר שאנו שומעים כגלh קול. רטט של 440 פעמים בשנייה מתאים לצליל נמוך יחסית לאמצע הסולם המוסיקלי שאוזן אנושית יכולה לשמוע.
מספר תופעות מגוונות לכאורה – מסלולים, סיבובים, תנודות, תנודות וגלים – חולקים תכונות משותפות. כולם עוקבים אחר זמן המחזור; כלומר, תנועה או התנהגות שחוזרת על עצמה. הזמן שנדרש כדי להשלים מחזור הוא התקופה, מסומן בדרך כלל ב- T. מספר מחזורי לשנייה הוא תדר, המסומנת ב- F. שתי כמויות אלה קשורות זו לזו בקשר פשוט
f = 1 / T
יחידת התדידות היא הרץ, לזכרו של הפיזיקאי הגרמני היינריך הרץ. במקרה של מסלולים אנו משתמשים בגודל קרוב הקרוי מהירות זוויתית, המסומנת על ידי האות היוונית אומגה (ω). כל גוף משלים סיבוב בזווית של 360 מעלות או 2π רדיאנים. התדירות זוויתית הוא מספר הרדיאנים שעבר הגוף בשנייה
ω= 2πf = 2π / T
באדיבות וויקפדיה
בבואנו לתאר מערכות פיזיות קטנות יותר, זמן המחזור מתקצר והתדירות עולה. גופים קטנים יותר מסתובבים (או מתנדנדים או רוטטים) מהר יותר! התנהגות זו בולטת גם במערכת השמש, שבה לפלנטות הנעות במסלולים קטנים יש זמני מחזור קצרים יותר. אתה יכול לראות את זה בעצמך בדוגמה של סרגל הרוטט בקצה השולחן. כאשר הסרגל רוטט, ניתן להזיז את קצהו הבולט מעבר לשולחן פחות או יותר, ולראות כיצד משתנה התדר של תנועתו. התנהגות דומה מוכרת גם מעולם התנודות והצלילים. למיתרי פסנתר קצרים יש תנודות מהירות יותר מאשר למיתרים הארוכים, והם יוצרים לצלילים גבוהים יותר. כמו כן, ניתן ליצור צלילים בתדירות הגבוהה ביותר בכלי הנשיפה הקטן ביותר. נסו לחשוב על חצוצרה לעומת טובה או פיקולו לעומת בסון. קיים דמיון בולט נוסף בין התהליכים מחזוריים שונים. התנועות שלהם בממד אחד מתוארות על ידי פונקציה סינוסואידית. תנועה או תזוזה מן המרכז ניתנת על ידי הביטוי
X = Xmaxcos (ωt) = Xmaxcos (2πft)
הסטייה המקסימלית מהמרכז מבוטאת על ידי כמות Xmax. מיקום חיובי או שלילי מתאימים לתנועות שמאלה או ימינה ביחס למרכז לכן, הסטייה מקצה לקצה היא 2Xmax. במקרה של מסלול כדור הארץ-השמש, X הוא המרחק לכאורה של כדור הארץ מהשמש כאשר המסלול נמצא במישור האקליפטי. במקרה של כדור הארץ המסתובב, X הוא המרחק לכאורה של כל נקודה על פני השטח של מציר הסיבוב, כאשר הסיבוב נמצא במישור של קו המשווה X שווה לרדיוס הארץ. בכל הדוגמאות האחרות, X הוא המרחק של הגוף מהמרכז. עבור גלי קול, X הוא שינויים בצפיפות האוויר, כמו גל העובר בכל נקודה. זה מדהים כי מגוון רחב של תופעות ניתן לתאר על ידי אותה משוואה פשוטה.