Ruchem okresowym nazywa się ruch, który powtarza się w jednakowych odstępach czasu. Jeśli dodatkowo ciało porusza się pokonując ciągle tą samą drogę raz w jednym a raz w przeciwnym kierunku to ciało to porusza się ruchem drgającym.
Ruch okresowy nazywany jest również ruchem harmonicznym, ponieważ przemieszczenie punktu materialnego w każdym momencie ruchu można opisać za pomocą funkcji harmonicznych czyli sinusa lub cosinusa.
Najprostszym przykładem ciała wykonującego ruch drgający jest oscylator harmoniczny prosty.
Przykładem takiego oscylatora może być ciało przymocowane do sprężyny. Ciało to porusza się bez tarcia po powierzchni poziomej.
Na ciało to działa siła wywierana na ciało przez sprężynę w każdym momencie ruchu. Jest to tzw. siła harmoniczna, którą można wyrazić wzorem:
gdzie k- współczynnik sprężystości, x - wychylenie ciała z położenia równowagi.
W danym momencie ruchu przemieszczenie punku materialnego można opisać wzorem:
gdzie A - amplituda drgań , - stała fazowa.
Przemieszczeniem nazywa się odległość od położenia równowagi na jaką wychylił się drgający punkt materialny. Przemieszczenie może być liniowe - wtedy mówi się o odległości liniowej, bądź kątowe - dotyczy drogi kątowej.
Odcinek czasu, podczas którego zachodzi jeden cykl ruchu to okres ruchu harmonicznego. Można go wyrazić wzorem:
Natomiast liczba drgań w danej jednostce czasu to częstość drgań , która jest równa odwrotności okresu:
Tak naprawdę wszystkie ruchy harmoniczne występujące w przyrodzie są drganiami tłumionymi. Dzieje się tak ze względu na siłę tarcia, której niestety nie można pominąć. Zatem w takim ruchu energia drgań maleje. Dlatego w celu podtrzymania ruchu należy zadziałać tzw. siłą wymuszającą. Jest to siła zmieniająca się okresowo.
Pod wpływem tej siły ciało zaczyna drgać z częstością siły wymuszającej. Natomiast amplituda zależy od stosunku częstości wymuszającej do częstości własnej.
Okazuje się, ze przy pewnej charakterystycznej wartości częstości wymuszającej amplituda ruchu osiąga maksymalną wartość. Takie zjawisko nazywa się rezonansem, natomiast częstość, która go spowodowała częstością rezonansową.
Gdy tłumienie jest małe , można przyjąć, że częstość układu tłumionego i częstość własna układu nietłumionego są równe.
W zależności od kierunku drgań cząstek w stosunku do kierunku rozchodzenia się fali fale mechaniczne można podzielić na:
* fale poprzeczne - wtedy, gdy ruch cząstek jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali
* fale podłużne - cząstki drgają wzdłuż kierunku przemieszczania się fali
Istnieją jeszcze inne metody klasyfikacji fal. Można je podzielić jeszcze np. ze względu na "wymiarowość" i tu wyróżnia się fale: jednowymiarowe, dwuwymiarowe i trójwymiarowe. Przykładem fal trójwymiarowych są fale dźwiękowe.
Natomiast w zależności od tego cząstki w ośrodku, w którym rozchodzi się fala w danym okresie, można wyróżnić impuls falowy, ciąg falowy oraz periodyczny ciąg falowy.
Powierzchnie falowe mogą charakteryzować się różnymi kształtami. I tak jeśli fala rozchodzi się tylko w jednym kierunku to nosi nazwę fali płaskiej. Natomiast jeśli zaburzenie cząstek ośrodka rozchodzi się we wszystkich kierunkach promieniście od źródła zaburzenia to falę taką określa się jako kulistą.
Jeżeli przez ośrodek materialny przebiega więcej niż jedna fala mechaniczna to wychylenie dowolnej cząstki tego ośrodka jest zgodnie z zasadą superpozycji sumą wychyleń, jakie wywołałyby pojedyncze fale.
Dochodzi bowiem do interferencji czyli nałożenia się dwóch lub więcej fal.
Jeżeli nałożeniu ulegną dwie fale o równych częstościach i amplitudach, rozchodzące się w tym samym kierunku, ale różniące się w fazach o to wypadkowa fala również będzie falą sinusoidalną. Amplituda nowej fali będzie równa podwojonej amplitudzie fali składowej. W sytuacji, gdy różnica faz będzie mała to wypadkowa amplituda będzie zbliżała się do wartości maksymalnej - dochodzi wtedy do wzmocnienia się fal. Natomiast w przypadku dużej różnicy faz wypadkowa amplituda zmierza do zera. Jest równa zeru dla różnicy faz równej 180 stopni. Dochodzi wtedy do wygaszania się fal.
Na granicy dwóch ośrodków może dojść do odbicia lub załamania fali.