Gerak harmonik sederhana (SHM) menggambarkan gerak bolak-balik yang halus dan berulang-ulang dari suatu massa pada pegas, pendulum yang berayun pada sudut kecil, atau sistem apa pun yang gaya pemulihnya berskala langsung dengan perpindahan. Kalkulator ini memodelkan kasus pegas massa klasik, mengubah tiga masukan fisik — massa, konstanta pegas, dan amplitudo — menjadi gambaran lengkap tentang bagaimana sistem bergerak seiring waktu.

Cara kerja Kalkulator Gerak Harmonik Sederhana

Kalkulator dimulai dari hukum kedua Newton yang diterapkan pada pegas yang mematuhi hukum Hooke, F = -kx. Penyelesaian persamaan diferensial menunjukkan massa berosilasi dengan frekuensi sudut ω = √(k/m), tidak bergantung pada seberapa jauh massa ditarik mundur. Dari ω, periode T = 2π/ω dan frekuensi f = 1/T mengikuti secara langsung. Dengan asumsi massa dilepaskan dari keadaan diam pada perpindahan maksimumnya, posisinya pada waktu berikutnya adalah x(t) = A·cos(ωt), dengan kecepatan dan percepatan diperoleh dengan membedakan persamaan tersebut masing-masing satu kali dan dua kali.

Masukan dan artinya

Massa (m) dan konstanta pegas (k) bersama-sama menentukan waktu osilasi — seberapa cepat osilasi berulang — melalui ω = √(k/m). Amplitudo (A) menentukan skala gerak — seberapa jauh massa bergerak — tetapi tidak berpengaruh pada periode atau frekuensi, yang merupakan ciri khas gerak harmonik sederhana. Waktu (t), yang hanya digunakan pada tab Posisi/Kecepatan, memungkinkan Anda mengambil sampel gerakan kapan saja untuk melihat dengan tepat di mana massa berada dan bagaimana massa bergerak.

Batasan dan kasus tepi

Model ini mengasumsikan pegas ideal dan tak bermassa tanpa gesekan atau hambatan udara, sehingga amplitudonya tidak pernah berkurang — sistem nyata kehilangan energi dan gerakannya secara teknis meredam gerakan harmonik. Hal ini juga mengasumsikan massa dilepaskan dari keadaan diam pada perpindahan maksimum (t = 0 pada amplitudo ekstrim); jika sistem Anda memulai pada titik berbeda dalam siklusnya, nilai posisi/kecepatan/percepatan akan mengalami pergeseran fase dari yang ditampilkan di sini, meskipun periode dan frekuensinya tetap tidak berubah.