Czy nasza wizja może ich dosięgnąć, czy nie, oscylacje pojawiają się wszędzie wokół nas. W tym poście przyjrzymy się, czym jest częstotliwość drgań, jak obliczyć częstotliwość drgań i jednostki częstotliwości drgań.
Częstotliwość drgań to termin fizyczny opisujący, ile drgań miało miejsce w jednostce czasu w układzie oscylacyjnym, takim jak wahadło, układ masy sprężynowej lub układ elektroniczny.
Zanim przejdziemy do tego, czym jest częstotliwość oscylacji, najpierw zdefiniujmy oscylację.
Oscylacja:
Oscylacja to powtarzająca się zmiana amplitudy lub położenia wokół centralnego punktu lub równowagi, z czasem podążającym tą samą ścieżką.
Pojedyncza oscylacja to całkowity ruch przez pewien okres czasu, który może być w górę iw dół lub z boku na bok. Jeden cykl oscylacji to inna nazwa. Czas potrzebny do zakończenia jednej oscylacji to okres czasu oscylacji. Każda oscylacja jest ruchem okresowym, ale nie wszystkie ruchy okresowe są oscylacjami. Przykładami oscylacji są ruch sprężyn z masą, ruch wahadłowy, wibracja instrumentów smyczkowych itp.
Częstotliwość oscylacji:
Częstotliwość oscylacji to liczba oscylacji powtarzających się w jednostce czasu, tj. jedna sekunda. Uwzględnienie odwrotności czasu zajętego przez oscylację da częstotliwość oscylacji.
Aby zrozumieć częstotliwość drgań, rozważmy prosty przykład gitary. Grając na gitarze szarpiesz strunę gitary. Ponieważ ruch struny gitary jest powtarzalny dla znacznych cykli, uważa się go za oscylację. Czas wykonania jednego kolejnego cyklu, jaki zajmuje struna, jest taki sam. Tak więc, jeśli weźmiemy odwrotność tego, otrzymamy częstotliwość drgań struny gitary. Załóżmy, że ukończenie jednego cyklu zajmuje 0.2 sekundy, a liczba drgań w ciągu jednej sekundy wynosi pięć, co jest częstotliwością oscylujących strun gitarowych.
Spójrzmy teraz na częstotliwość jednostek oscylacji.
Częstotliwość jednostek oscylacji:
Jednostką SI dla okresu oscylacji jest sekunda (s). Ponieważ odwrotność okresu oscylacji określa jego częstotliwość, jej jednostką jest odwrotność jednostki okresu czasu, czyli s-1.
Wiele nazw jednostek zostało zainspirowanych naukowcami, którzy pracowali nad badaniami jednostki. Heinrich Hertz, niemiecki fizyk, wniósł znaczący wkład w pole promieniowania elektromagnetycznego. W rezultacie, Hertz jest również uważany za jednostkę częstotliwości w układzie SI na cześć tego słynnego naukowca. Ponieważ Hertz reprezentuje cykle na sekundę, możemy powiedzieć, że
1 herc = jeden cykl na sekundę.
Tak więc s i Hertz są częstotliwością jednostek oscylacji, które są używane jako jednostki częstotliwości SI, ale herc jest częściej używany.
Po przejrzeniu tego, co to jest częstotliwość oscylacji i jednostki oscylacji częstotliwości, możesz się zastanawiać, jak obliczyć częstotliwość oscylacji. Zobaczmy więc, jak obliczyć częstotliwość drgań.
Jak obliczyć częstotliwość drgań?
Częstotliwość drgań można obliczyć na dwa sposoby:
- Matematyczny
- Eksperymentalny
⇒ Matematyczny sposób na obliczyć częstotliwość drgań:
Aby obliczyć częstotliwość oscylacji, musimy wykorzystać wzory na okres i częstotliwość. Wzory na obliczanie częstotliwości oscylacji różnią się w zależności od systemu.
✦ Częstotliwość drgań układu mas sprężynowych:
Jak pokazano na rysunku, do końca sprężyny przymocowana jest masa m. Sprężyna będzie oscylować w górę iw dół pod wpływem ciężaru masy. Jeśli więc k jest stałą sprężyny, to częstotliwość oscylacji dana jest wzorem:
✦ Częstotliwość drgań wahadła prostego:
W prostym wahadle masa m jest przymocowana do końca sznurka. W ten sposób, ze względu na masę, struna będzie oscylować w przód iw tył. Dlatego jeśli L jest długością struny, częstotliwość proste wahadło jest dany przez:
Można więc powiedzieć, że w przypadku wahadła prostego częstotliwość drgań nie jest zależna od masy przyczepionego obiektu.
✦ Częstotliwość oscylacji wahadło złożone lub fizyczne:
Wahadło fizyczne lub złożone jest tworzone przez zawieszenie sztywnego korpusu na nieruchomej osi poziomej. Ponieważ w grę wchodzi ciało sztywne, jego moment bezwładności również zadziała. Zatem częstotliwość wahadła złożonego jest dana wzorem:
✦ Częstotliwość oscylacji wahadła skrętnego:
Gdy masa przypominająca dysk jest zawieszona na drucie lub cienkim pręcie zamiast sztywnego korpusu, system jest znany jako wahadło skrętne. W rezultacie częstotliwość drgań wahadła skrętnego wynosi:
⇒ Eksperymentalny sposób obliczania częstotliwości drgań:
Obliczenia częstotliwości drgań dla wahadła lub układu masy sprężynowej są prawie identyczne. Główna różnica polega na tym, że stałą sprężyny k należy obliczyć dla układu masy sprężyny. Metoda jest następująca:
- W systemie mas sprężynowych, aby obliczyć stałą sprężyny, zawieś masę na sprężynie, a sprężyna zacznie oscylować. Teraz pozwól masie przejść do stanu nieruchomego, w którym grawitacja siła masy i sprężyny siła będzie zrównoważona. Następnie dodanie masy do sprężyny spowoduje rozciągnięcie, więc zanotuj tę zmianę rozciągnięcia sprężyny.
Δmg-kΔy = 0
Zatem stała sprężystości k wynosi:
Tutaj Δy jest zmianą odcinka wiosennego.
- Poruszaj teraz sprężyną lub wahadłem. Następnie dla każdej masy śledź czas dziesięciu oscylacji. Aby uzyskać dokładną odpowiedź, powtórz tę metodę trzy razy. Średnia z trzech czasów zostanie użyta do określenia okresu. Weź odwrotność tego, a otrzymasz częstotliwość.
Mamy nadzieję, że ten artykuł odpowiedział na Twoje pytania dotyczące częstotliwości oscylacji, jednostek częstotliwości oscylacji i sposobu obliczania oscylacji.
Przeczytaj także:
- Przykład częstotliwości ujemnej
- Wpływ załamania na częstotliwość
- Częstotliwość
- Wysokość i częstotliwość
- Częstotliwość kątowa a częstotliwość
- Czy częstotliwość wpływa na dyfrakcję?
- Czy amplituda zmienia się wraz z częstotliwością?
Nazywam się Alpa Rajai. Ukończyłem studia magisterskie ze specjalizacji z fizyki. Jestem bardzo entuzjastycznie nastawiony do pisania o moim podejściu do nauki zaawansowanej. Zapewniam, że moje słowa i metody pomogą czytelnikom zrozumieć ich wątpliwości i rozjaśnić to, czego szukają. Oprócz fizyki jestem wyszkolonym tancerzem Kathak i czasami piszę swoje uczucia w formie poezji. Stale aktualizuję swoją wiedzę z fizyki i wszystko, co rozumiem, upraszczam i przekazuję prosto na temat, tak aby było jasne dla czytelników.