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） では復元力 restoring force 復元力（restoring force） restoring force（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='restoring force'>復元力</span>で加速"]
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inertia'>慣性</span>で通過し<span class='jp-term jp-term-diagram' title='periodic motion'>周期運動</span>"]
  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 natural frequency 固有周波数（natural frequency） natural frequency（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nuclear magnetic resonance核磁気共鳴（nuclear magnetic resonance）nuclear magnetic resonance（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 natural frequency 固有周波数（natural frequency） natural frequency（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 active feedback 能動的フィードバック（active feedback） active feedback（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。