振動

🧠 振動は、平衡位置の周囲で物理量が時間的に反復変化する運動であり、波を理解する出発点である。

周期運動を記述する量

単振動simple harmonic motion 単振動（simple harmonic motion）simple harmonic motion（単振動） では復元 restoration 復元（restoration） restoration（復元） 力が変位に比例し、変位は正弦または余弦として変化する。振幅、周期、周波数、位相が振動を記述する。

同じ振動が隣接部分へ位相を伝えると波になり、その分類は波の種類で整理できる。

flowchart TD
  A["平衡位置から変位"]
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='restoration'>復元</span>力で加速"]
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inertia'>慣性</span>で通過し周期運動"]
  A --> B
  B --> C

調和振動の式

$A$は振幅、$ω$は角周波数 angular frequency角周波数（angular frequency） angular frequency（角周波数）、$φ$は初期位相 initial phase初期位相（initial phase） initial phase（初期位相）。

エネルギーと共鳴

外力の周波数が固有周波数へ近づくと応答振幅が増える共鳴は、音響系や核磁気共鳴にも現れる。

• 単振動simple harmonic motion 単振動（simple harmonic motion）simple harmonic motion（単振動） では加速度 acceleration加速度（acceleration） acceleration（加速度）$a=-ω^2x$で、常に平衡位置へ向く。
• 変位と速度は位相が$π/2$ずれ、速度は平衡位置で最大となる。
• 減衰は振幅を減衰させ、外力の周波数が固有周波数に近いと共鳴が起こる。

医学・測定への応用

鼓膜、基底膜、声帯、分子結合の振動など、多くの生体系 living systems 生体系（living systems） living systems（生体系） を近似する。蝸牛では基底膜振動に外有毛細胞 outer hair cell 外有毛細胞（outer hair cell） outer hair cell（外有毛細胞） の能動的フィードバックが加わり、音への感度が増幅される。¹²

まとめ

• 振動は、平衡位置の周囲で物理量が時間的に反復変化する運動であり、波を理解する出発点である。
• 単振動simple harmonic motion 単振動（simple harmonic motion）simple harmonic motion（単振動） では加速度 acceleration加速度（acceleration） acceleration（加速度）$a=-ω^2x$で、常に平衡位置へ向く。
• 鼓膜、基底膜、声帯、分子結合の振動など、多くの生体系 living systems 生体系（living systems） living systems（生体系） を近似する。