Harmonische Bewegung ist das Konzept eines oszillierenden oder sich wiederholenden Systems wie eines Pendels, einer Feder oder der Umlaufbahn eines Planeten um die Sonne. Systeme, die sich in harmonischer Bewegung befinden, erhalten Energie und Impuls, solange die innere Energie gleich bleibt. In einem realen, dh nicht idealen System tritt Energieverlust durch Reibung selbst in verschwindend kleinen Mengen aufgrund von Kollisionen mit Molekülen auf. Damit ein System Schwingbewegungen erfährt, müssen zwei Haupteigenschaften vorhanden sein: Elastizität und Trägheit; Wegen des ersten Newtonschen Gesetzes haben alle Objekte Trägheit. Daher muss eine Elastizitätsquelle vorhanden sein, beispielsweise eine Feder.
Ein einfaches harmonisches System umfasst ein oder mehrere schwingende Objekte, die an einer Feder oder einer anderen elastischen Quelle befestigt sind, wie beispielsweise ein an einer Feder befestigtes Gewicht. Die Bewegung des Objekts ändert die Geschwindigkeit in einem sinusförmigen Muster. Die elastische Kraft, die den Objektimpuls liefert, nimmt mit der Entfernung vom Bewegungszentrum zu; Je weiter das Objekt entfernt ist, desto mehr elastische Kraft wird ausgeübt. Wenn das Objekt das Ende seiner Bewegung erreicht, bewirkt die Kraft, dass es sich mit zunehmender Geschwindigkeit rückwärts zum anderen Ende der oszillierenden Bahn bewegt, wo sich der Zyklus wiederholt. Zur Veranschaulichung des Konzepts wird eine einfache harmonische Bewegung verwendet, die Reibung jedoch nicht berücksichtigt.
Gedämpfte Bewegung beinhaltet im Vergleich dazu Reibung oder andere äußere Kräfte, die das System verlangsamen und schließlich dazu führen, dass es ein Gleichgewicht oder keine Bewegung erreicht. Je mehr Reibung in einem System vorhanden ist, desto schneller erreicht ein schwingendes Objekt das Gleichgewicht. Überdämpfung erlaubt nur wenige Schwingungszyklen bis zum Gleichgewicht; kritische Dämpfung schafft eine schnelle Rückkehr zum Gleichgewicht, wie ein Stoßdämpfer in einem Auto; und eine Unterdämpfung bewirkt, dass die Schwingung mit der Zeit abnimmt. Ein viskoseres Medium wie Wasser erzeugt mehr Reibung.
Harmonische Bewegung hat viele Anwendungen im täglichen Leben. Jede Art von Schwingsystem – ob das Pendel einer Uhr, eine Feder aus der Federung eines Autos oder die Drehung des Schwungrads eines Motors – unterliegt einer Form von gedämpften Schwingungen. Die Kenntnis der Reibungskraft, die die Dämpfung verursacht, ermöglicht beispielsweise die Berechnung der Antriebskraft, die erforderlich ist, um eine konstante Schwingungsrate in einem harmonischen System aufrechtzuerhalten. Es gibt auch musikalische Anwendungen; Die Kenntnis der Länge einer Gitarrensaite bietet beispielsweise eine Methode zur Berechnung der Oszillationsrate, wenn eine treibende Kraft gegeben ist, und daher die Frequenz der gespielten Note.