Oscylator harmoniczny to system w fizyce, który działa zgodnie z prawem Hooke’a. Ta reguła opisuje zachowanie sprężyste i mówi, że siła przyłożona do sprężyny lub innego elastycznego przedmiotu jest proporcjonalna do jej przemieszczenia. Układ oscylatora harmonicznego powraca do swojej pierwotnej pozycji po usunięciu siły z elastycznego obiektu.
Na zajęciach z fizyki prosty przykład bloku przymocowanego do ściany za pomocą sprężyny jest często używany do zilustrowania koncepcji oscylacji harmonicznej. Zakłada się, że powierzchnia, po której ślizga się blok, jest pozbawiona tarcia. Gdy układ jest wprawiony w ruch, postępuje zgodnie z równaniem ω0 = 2πf0, które jest również równe pierwiastkowi kwadratowemu ze stałej sprężystości (k), podzielonemu przez masę bloku (m).
ω0 to prędkość kątowa wyrażona w radianach na sekundę, a f0 to częstotliwość drgań własnych wyrażona w hercach. Okres bloku — czas potrzebny na przejście przez jeden pełny cykl ruchu — jest równy jednemu podzielonemu przez f0. Stała sprężyny wskazuje, jak sztywna jest sprężyna i jest unikalna dla każdej sprężyny. Posiada jednostki siły na długość, na przykład Newtony na metr.
Ten prosty przykład nazywa się nietłumionym oscylatorem harmonicznym i teoretyzuje, że skoro blok porusza się po powierzchni pozbawionej tarcia, będzie nadal poruszał się z tą samą częstotliwością w nieskończoność. W rzeczywistości jednak taka sytuacja nie miałaby miejsca. Rzeczywiste układy z tarciem nazywane są układami tłumionymi, w których ruch bloku zostanie spowolniony, przemieszczenie sprężyny stanie się krótsze, a układ ostatecznie przestanie się poruszać.
System oscylatorów harmonicznych może być nadmiernie, niedostatecznie wytłumiony lub krytycznie wytłumiony. Równania różniczkowe opisują ruch układów tłumionych, więc ich rozwiązanie może być dość złożone. Każdy rodzaj systemu tłumienia ma jednak swój własny rodzaj ruchu, który jest łatwo rozpoznawalny.
W systemie z nadmiernym tłumieniem blok nie drga. Po przyłożeniu siły powraca powoli do swojej pierwotnej pozycji i sprężyna przestaje się poruszać. Blok może oscylować przez dłuższy czas w słabo tłumionym systemie, przy czym sprężyna wydłuża się mniej z każdym kolejnym oscylacją, aż system powróci do stanu spoczynku. System krytycznie wytłumiony zachowuje się w podobny sposób jak system z nadmiernym tłumieniem, ale jest optymalnie zaprojektowany tak, aby jak najszybciej powrócić do pierwotnej pozycji.
Oscylator kwantowej harmonicznej opisuje, w jaki sposób dwie cząsteczki oddziałują ze sobą. Wibrują tam i z powrotem w podobny sposób jak masa na sprężynie. Zamiast stałej sprężystości, równanie oscylatora kwantowej harmonicznej wykorzystuje stałą siły wiązania, która opisuje siłę wiązania między dwiema cząsteczkami. Związek między prędkością kątową a częstotliwością jest taki sam.