단진동

요약 진동 중에서 가장 단순하며 기본적인 형태를 가지는 진동이다. 등속원운동을 1차원 선 위에 투영시킨 운동이나 중심점을 두고 양쪽으로 왕복하는 운동 등에서 관찰할 수 있다.

단진동운동이라고도 한다. 진동의 중심으로부터의 거리가 수학적으로는 반지름이 진폭 A와 같은 원의 원주를 따라 일정한 각속도 ω(오메가)로 움직이는 점을 원의 지름 위에 투영한 것으로 볼 수 있으나, 역학적으로는 단진자(單振子)의 운동이나 스프링의 탄성운동처럼 운동체가 항상 어떤 정점(定點)을 향하고, 또 그 정점으로부터의 거리에 비례하는 힘을 받을 때 하는 운동을 말한다.
F = -kx 

이때 운동체는 그 정점을 평형의 중심(평형점)으로 하여 진동한다. 진동의 최대값, 즉 진폭 외에 1회 진동하는 데 소요되는 시간(주기) T, 또는 그 역수인 1/T, 즉 1 초 동안 진동하는 수(진동수) f가 각각 단진동의 형태를 결정하는 요소가 되며, 이 진동을 각속도 ω로 원운동하는 점의 투영으로 간주하면, T = 2π/ω, f＝ω/2π가 된다.

진동을 연구할 수 있는 가장 간단한 계는 용수철의 한쪽 끝에 달려 있는 토막의 운동을 들 수 있다. 평형상태로부터 변위 x가 시간에 따라 어떻게 변하는가를 보기 위하여 일정한 속도로 이동하는 기록지 위에 용수철에 매달려 있는 토막의 운동을 기록하였다. 기록지 위에는 사인 또는 코사인 형태의 변위가 나타나고, 마찰이 없을 때 토막은 x = +A와 x = -A의 두 극값 사이를 진동하게 되는데 A를 진동의 진폭이라고 부른다.

t = 0일 때 x = 0의 위치에 있지만, 일반적으로 반드시 그렇지는 않다. 따라서 초기 위치를 고려하면, 다음과 같이 쓸 수 있다.
x(t) = A sin(ωt + θ)
A를 진폭, (ωt + θ)를 위상, ω(오메가)를 각속도, θ를 위상상수라 한다.
 
단순 조화진동의 특징은 다음과 같다.
1. 진폭 A는 일정하다.(진동은 단순운동이다)
2. 진동수와 주기는 진폭과 무관하다. 즉 진폭이 큰 진동은 작은 진폭의 진동수를 갖는다.(등시성)
3. 변위 x는 사인 또는 코사인 함수형태이다.(조화진동을 한다)