Щоб відповісти на запитання, які ваганняназиваються гармонійними, слід пам'ятати, що ці фізичні явища – одні з найпоширеніших у природі. Мабуть, важко вказати сферу, де не були б гармонійні коливання. Найбільш поширеними областями фізичної теорії, в яких досліджуються коливальні процеси, виступають механіка, електротехніка та електроніка, радіолокація та гідроакустика та інші.
Об'єднані всі без винятку ці області тим,що природа коливальних процесів, зазвичай, однакова, тому й їхнього опису є загальна класична теорія. Параметричні відмінності коливальних процесів обумовлені лише середовищем їхнього протікання та зовнішніми факторами, які можуть впливати на коливальні рухи. Найпростішим прикладом коливальних рухів, з якими ми повсякденно стикаємося в побуті, є, наприклад, коливання маятника годинника, або електричний струм.
Коливання за своєю протіканням буваютьвільні та гармонійні. Вільні коливання ще називають власними, цим підкреслюється, що вони як джерело мають зовнішні обурення середовища, які й виводять фізичне тіло зі статичної рівноваги. Прикладом може бути грузик, який підвішений на нитки, і якому ми поштовхом задаємо якийсь коливальний процес.
Більше значне місце у фізичній теоріїприділяється дослідженню такого явища, як гармонійні коливання. Вивчення їх природи таки формує ту теоретичну основу, де грунтується дослідження більш вузьких аспектів коливальних процесів, саме – їх протікання у різних середовищах – механіці, електриці, в хімічних перетвореннях і реакціях.
Щоб описати гармонійні коливання у фізиці, використовуються такі основні параметри, як період і частота.
Виходячи з раніше сформульованого намитвердження у тому, що є певна загальна універсальна модель перебігу коливальних процесів, можна логічно дійти й висновку про існування деяких універсальних величин, характеризуючих ці коливання. Отже, згадані параметри - період і частота, властиві всім видам коливань, незалежно від джерела їхнього породження та середовища протікання.
Частота є кількісноювеличину, що показує, скільки разів протягом деякого відрізка часу, фізичне тіло здійснило процес зміни свого статичного стану та повернулося до нього. Так, наприклад, можна порахувати, скільки разів, той же грузик здійснив вагань після того, як ми його штовхнули до моменту його повної зупинки.
Період у цьому процесі показуватиме тимчасовий відрізок, за який цей вантаж відхилиться від початкового положення і повернеться у вихідне за одне коливання.
Досліджуючи гармонійні коливання, слідуєрозуміти, що період і частота об'єктивним чином пов'язані загальною формулою, яка зрештою визначає і графік гармонійних коливань. Щоб більш предметно розібратися, що він є, слід зазначити, що є й інші параметричні показники - амплітуда, фаза, циклічна частота. Їх використання дозволяє застосувати для опису коливальних процесів тригонометричні функції. Найпоширенішою формулою для побудови графіка є: s = A sin (ωt + α). Ця формула, звана ще рівнянням гармонійних коливань, дозволяє вибудувати і графік коливального процесу, який у найпростішому вигляді є звичайною синусоїдою. У наведеному прикладі формули, коефіцієнти і α показують, які саме перетворення необхідно виконати з синусоїдою, щоб відобразити конкретний коливальний процес.
При складніших коливальних явищах, природно ускладнюється та його графічне опис. Це ускладнення пов'язане з впливом двох основних факторів:
- природою процесу, тобто тим, які саме коливання досліджуються – механічні, електромагнітні, циклічні чи інші;
- середовищем, у межах якої породжуються та здійснюються коливальні явища – повітря, вода чи інше.
Ці фактори істотно впливають на всі параметри будь-якого коливального процесу.
