התקדמות טכנולוגית מתבצעת באמצעות חקר תופעות פיזיקליות, גילויים בתחום הקוונטי ותחומים נוספים. במקביל, מומצאים מכשירים ומכשירים חדשים, באמצעותם ניתן לערוך מחקרים שונים ולהסביר את תופעות עולם המיקרו. אחד המנגנונים הללו הוא המתנד ההרמוני, שעקרון שלו היה ידוע אפילו על ידי נציגי תרבויות עתיקות.
המכשיר והסוגים שלו
מתנד הרמוני הוא מערכת מכנית בתנועה, המתוארת במשוואה דיפרנציאלית לינארית עם מקדמים בעלי ערך קבוע. הדוגמאות הפשוטות ביותר של מכשירים כאלה הן משקל על קפיץ, מטוטלת, מערכות אקוסטיות, תנועת חלקיקים מולקולריים וכו'.
ניתן להבחין בין הסוגים הבאים של מכשיר זה:
-
מתנד הרמוני ליניארי מתנד הרמוני פשוט - כאןהמערכת, כאשר היא מוסרת ממצב מנוחה, נמצאת תחת פעולת כוח F, שניתן לבטא בנוסחה F=-kx, כאשר k הוא מקדם הקשיחות של מערכת זו, x הוא התזוזה. במקרה זה, F הוא הרכיב היחיד שמשפיע על התנודות.
- מתנד הרמוני לינארי - כאן התנועה מתרחשת במישור אחד לאורך נתיב ישר. מערכת זו נקראת גם חד מימדית, תנודות מבוצעות בפעולת כוח בעל אופי מעין אלסטי.
- דגם Damped - כאן המערכת מושפעת גם מכוח החיכוך, המופנה נגד התנועה ופועל בפרופורציה למהירות התנודה הזו. במקרה זה, תהליך השיכוך מאופיין לרוב בפרמטר שאין לו מימד ונקרא גורם האיכות. ערך זה הוא תכונה של המערכת הקובעת את היחס בין מאגר האנרגיה להפסדים שלה בתקופה אחת של תנודה.
בשימוש במכשיר
מכשיר זה משמש בתחומים שונים, בעיקר כדי לחקור את אופי מערכות תנודות. המתנד ההרמוני הקוונטי משמש לחקר ההתנהגות של יסודות פוטון. ניתן להשתמש בתוצאות של ניסויים בתחומים שונים. אז, פיזיקאים מהמכון האמריקאי גילו שאטומי בריליום, הממוקמים במרחקים גדולים למדי זה מזה, יכולים לקיים אינטראקציה ברמה הקוונטית. יחד עם זאת, התנהגותם של חלקיקים אלו דומה לגופים (כדורי מתכת) במקרוקוסמוס, הנעים בסדר קדימה-חזרה, בדומה למתנד הרמוני. יוניםבריליום, למרות מרחקים פיזיים גדולים, החליף את יחידות האנרגיה הקטנות ביותר (קוואנטה). גילוי זה מאפשר לקדם משמעותית את טכנולוגיות ה-IT, וכן נותן מענה חדש בייצור ציוד מחשבים ואלקטרוניקה.
מתנד ההרמוני משמש להערכת יצירות מוזיקליות. שיטה זו נקראת בדיקה ספקטרוסקופית. יחד עם זאת, נמצא שהמערכת היציבה ביותר היא הרכב של ארבעה נגנים (רביעייה). ויצירות מודרניות הן לרוב אנהרמוניות.
