O movimento harmônico simples (SHM) descreve o movimento suave e repetitivo de vaivém de uma massa em uma mola, um pêndulo oscilante em pequenos ângulos ou qualquer sistema onde a força restauradora aumenta diretamente com o deslocamento. Esta calculadora modela o clássico caso massa-mola, transformando três entradas físicas – massa, constante de mola e amplitude – na imagem completa de como o sistema se move ao longo do tempo.

Como funciona a calculadora de movimento harmônico simples

A calculadora parte da segunda lei de Newton aplicada a uma mola que obedece à lei de Hooke, F = -kx. Resolver essa equação diferencial mostra que a massa oscila com frequência angular ω = √(k/m), independente de quão longe ela é puxada para trás. De ω, o período T = 2π/ω e a frequência f = 1/T seguem diretamente. Supondo que a massa seja liberada do repouso em seu deslocamento máximo, sua posição em qualquer momento posterior será x(t) = A·cos(ωt), com velocidade e aceleração obtidas pela diferenciação dessa expressão uma e duas vezes, respectivamente.

Entradas e o que elas significam

A massa (m) e a constante da mola (k) juntas definem o tempo da oscilação – quão rápido ela se repete – através de ω = √(k/m). A amplitude (A) define a escala do movimento – a distância que a massa percorre – mas não tem efeito no período ou na frequência, uma característica definidora do movimento harmônico simples. O tempo (t), usado apenas na guia Posição/Velocidade, permite que você experimente o movimento em qualquer instante para ver exatamente onde a massa está e como ela está se movendo.

Limites e casos extremos

Este modelo assume uma mola ideal, sem massa, sem atrito ou resistência do ar, de modo que a amplitude nunca decai — sistemas reais perdem energia e o movimento é tecnicamente amortecido. Também assume que a massa é liberada do repouso no deslocamento máximo (t = 0 no extremo da amplitude); se o seu sistema iniciar em um ponto diferente do ciclo, os valores de posição/velocidade/aceleração serão deslocados em fase dos mostrados aqui, embora o período e a frequência permaneçam inalterados de qualquer maneira.